Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат

 

Изобретение предназначено для использования в насосостроении и предназначено для подъема жидкости с больших глубин. Агрегат содержит кинематически связанные между собой погружной электродвигатель и приводной насос. Рабочий насос со всасывающим и нагнетательным клапанами, приводимый в действие гидродвигателем, полости цилиндра которого связаны через распределитель со входом и через предохранительный клапан - с выходом приводного насоса, а его шток через протектор соединен со штоком рабочего насоса. Корпус гидродвигателя содержит переднюю и заднюю крышки. Агрегат снабжен баком, имеющим компенсатор объема, в одной из секций которого установлен переливной клапан, регулятор расхода и фильтр. Протектор выполнен в виде гибкого рукава, один конец которого жестко закреплен на штоке гидродвигателя, а другой - на его передней крышке. Гидродвигатель снабжен гидротормозом, расположенным в его задней крышке, и ограничителем поворота штока, размещенным внутри рабочего органа гидродвигателя и жестко закрепленным на его задней крышке. Полость рукава соединена посредством трубопровода с баком. Значительно повышается надежность работы агрегата. 5 з.п. ф-лы. 3 ил.

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к насосным установкам, предназначенным для подъема жидкостей с больших глубин, например из скважин.

Известен погружной диафрагменный электронасос, содержащий электродвигатель, кинематически связанный с плунжером приводного насоса, установленным в заполненном маслом корпусе, который герметично изолирован от перекачиваемой жидкости эластичными рабочей диафрагмой и компенсатором; в головке электронасоса установлены всасывающий и нагнетательный клапаны (RU 2062906, 1996 г.).

Недостатком известной конструкции является низкий КПД, характерный для диафрагменных электронасосов, и невысокая надежность работы, ввиду частого выхода из строя элементов кинематики.

Известен также скважинный электрогидроприводной насосный агрегат, содержащий кинематически связанные между собой погружной электродвигатель и приводной насос, рабочий насос со всасывающим и нагнетательным клапанами, приводимый в действие гидродвигателем, полости цилиндра которого связаны через распределитель со входом и через предохранительный клапан с выходом приводного насоса, при этом шток гидродвигателя через протектор соединен со штоком рабочего насоса, а его корпус содержит переднюю и заднюю крышки, при этом агрегат снабжен баком, имеющим компенсатор объема, в одной из секций которого установлен переливной клапан, регулятор расхода и фильтр (RU 2116512 С1, 27.07.1998 г.).

Недостатком известной конструкции является невысокая надежность из-за плохой герметизации гидродвигателя. В результате пластовая жидкость может проникнуть в полость гидродвигателя.

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является повышение надежности его работы за счет предотвращения проникновения пластовой жидкости в гидродвигатель и утечек масла из него. Эта задача достигается тем, что в установке протектор выполнен в виде гибкого рукава, один конец которого жестко закреплен на штоке гидродвигателя, а другой на его передней крышке, гидродвигатель снабжен гидротормозом, расположенным в его задней крышке, и ограничителем поворота штока, размещенным внутри рабочего органа гидродвигателя и жестко закрепленным на его задней крышке, причем полость рукава соединена посредством трубопровода с баком.

Кроме того, в установке приводной насос выполнен шестеренным, т.к. применение аксиально-поршневого насоса в качестве приводного насоса приводит к большим тепловым потерям ввиду большого количества трущихся пар в его конструкции и наличию застойной зоны масла в его внутренней полости, что может привести к его перегреву и выходу из строя. Высокий ресурс работы известного насосного агрегата распределитель с механическим переключением не может обеспечить. Для обеспечения повышенного ресурса работы распределитель выполнен с гидроуправлением, что обеспечивает автономное соединение полостей гидродвигателя со входом и выходом приводного насоса при достижении его рабочего органа крайних положений.

В процессе работы может возникнуть момент, когда шток может незначительно повернуться и произойдет деформация рукава, поэтому в конструкции предусмотрено установить ограничитель поворота штока.

Для этого рабочий орган гидродвигателя снабжен стаканом, в дне которого выполнено отверстие для установки ограничителя поворота, выполненного в виде плоского стержня с гранями для обеспечения их контакта с упомянутым отверстием.

Ускоренный отвод поршня гидродвигателя в крайнее заднее положение требует исключить контакт его с задней крышкой и предотвратить ее повреждение.

С этой целью гидродвигатель снабжен гидротормозом, выполненным в виде выступа на задней крышке, с переменной формой его наружной поверхности, например конической, входящего в стакан рабочего органа гидродвигателя.

Гибкий рукав протектора выполнен многослойным.

На фиг.1 представлен скважинный электрогидроприводной насосный агрегат, продольный разрез; на фиг.2 - место 1 фиг.1; на фиг.3 - разрез А-А фиг.2.

Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат содержит кинематически связанные между собой погружной электродвигатель 1 и приводной масляный насос 2, рабочий насос 3 со всасывающим клапаном 4, установленным в рабочем органе 5 насоса 3 и нагнетательным клапаном 6. Рабочий насос 3 приводится в действие гидродвигателем 7. Полости 8 и 9 цилиндра 10 гидродвигателя 7 связаны через распределитель 11 со входом и выходом приводного масляного насоса 2. Шток 12 гидродвигателя 7 соединен со штоком 13 рабочего насоса 3 через протектор, который выполнен в виде многослойного гибкого рукава 14, один конец которого жестко закреплен на штоке 12 гидродвигателя 7, а другой на его передней крышке 15. Распределитель 11 выполнен гидроуправляемым для обеспечения автономного соединения полостей гидродвигателя 7 со входом и выходом приводного масляного насоса 2 при достижении рабочего органа 16 гидродвигателя крайних положений.

Кроме того, распределитель 11 соединен посредством трубопровода 17 и канала 18, выполненного в задней крышке 19, соответственно с верхней 8 и нижней 9 полостями цилиндра 10 гидродвигателя.

Для исключения деформации рукава 14 при повороте штока 12 устройство снабжено ограничителем поворота штока. Для этого рабочий орган гидродвигателя снабжен стаканом 20, в дне которого выполнено отверстие 21 для установки ограничителя поворота, выполненного в виде плоского стержня 22 с гранями 23 для обеспечения их контакта с упомянутым отверстием 21. Гидротормоз выполнен в виде выступа 24 на задней крышке 19 с переменной формой его наружной поверхности 25, например конической, входящего в стакан 20 рабочего органа гидродвигателя.

Утечки масла через уплотнения штока 12 гидродвигателя 7 во внутреннюю полость рукава 14 возвращаются в систему по трубопроводу 26, соединяющему внутреннюю полость рукава 14 с баком 27 для масла. Бак содержит две секции 28 и 29. Секция 29 бака содержит эластичную диафрагму, в секции 28 установлен переливной клапан 30, регулятор расхода 31, соединенный со штоковой полостью цилиндра гидродвигателя, и фильтр 32.

Рабочий орган 5 насоса 3 выполнен в виде полого плунжера и размещен в цилиндре 33. В нижней части цилиндра 33 и плунжера выполнены отверстия 34 и 35 для приема добываемой жидкости. Нагнетательный клапан 6 установлен в верхней части цилиндра 33.

Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат прикреплен к колонне насосно-компрессорных труб 36. Колонна насосно-компрессорных труб 36 с насосным агрегатом опускается в обсадную колонну, установленную в скважине.

Электроснабжение погружного электродвигателя осуществляется посредством кабеля 37, который крепится к колонне НКТ 36 хомутами.

Нагнетательный трубопровод 38 проходит внутри секций бака от приводного насоса к распределителю 11 и, кроме того, соединяется с предохранительным клапаном 39.

Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат работает следующим образом.

Перед погружением насосного агрегата в скважину полости погружного электродвигателя 1 система гидропривода, включающая приводной насос 2, бак 27, гидродвигатель 7 и другие элементы, а также внутренняя полость рукава 14 заполняются очищенным маслом.

При погружении насосного агрегата в нефтяной пласт добываемая жидкость поступает в полости цилиндра 33 и полого плунжера - рабочего органа 5 рабочего насоса 3 через отверстия 34 и 35 в нижней части этих узлов. Под действием гидростатического давления всасывающий 4 и нагнетательный 6 клапаны открываются и жидкость заполняет НКТ 36 почти до уровня пласта.

При включении погружного электродвигателя 1 начинает работать приводной масляной насос 2, который через трубопровод 38, распределитель 11 и канал 18 подает масло под давлением в нижнюю полость 9 цилиндра 10 гидродвигателя. Рабочий орган 16 перемещается вверх, вытесняя масло из верхней полости 8 цилиндра 10. Масло по трубопроводу 17 через распределитель 11 и секции 28 и 29 бака и фильтр 32 подается на вход приводного насоса.

Разница между объемными расходами нагнетаемого в цилиндр 10 и вытесняемого из него масла, обусловленная наличием штока 12 в верхней полости, компенсируется за счет изменения объема секции 29 бака с эластичной диафрагмой. Такая конструкция бака обеспечивает также компенсацию изменения объема масла вследствие влияния температуры. Перемещение рабочего органа гидродвигателя вверх обусловливает рабочий ход L связанного с ним рабочего органа 5 рабочего насоса 3. При этом происходит нагнетание добываемой жидкости из верхней полости цилиндра 33 в насосно-компрессорные трубы 36 через нагнетательный клапан 6. Одновременно нижняя полость этого цилиндра заполняется жидкостью, втекающей из обсадной колонны.

Когда рабочий орган 16 гидродвигателя достигнет верхнего положения, давление на рабочих кромках золотника выравнивается, происходит переключение распределителя 11 и осуществляется обратный ход связанных друг с другом рабочих органов 16 и 5 гидродвигателя и насоса 3 за счет подачи масла в верхнюю полость 8 цилиндра гидродвигателя и слива масла из нижней полости. При опускании рабочего органа 5 насоса нагнетательный клапан 6 закрывается, а всасывающий клапан 4 открывается и пропускает добываемую жидкость в верхнюю полость цилиндра рабочего насоса 3.

При достижении рабочего органа определенного нижнего положения происходит обратный ход распределителя 11, и описанный выше рабочий цикл повторяется.

В описанной конструкции скважинного электрогидроприводного насосного агрегата значительно повышается надежность работы по сравнению с известными агрегатами.

Формула изобретения

1. Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат, содержащий кинематически связанные между собой погружной электродвигатель и приводной насос, рабочий насос со всасывающим и нагнетательным клапанами, приводимый в действие гидродвигателем, полости цилиндра которого связаны через распределитель со входом и через предохранительный клапан - с выходом приводного насоса, при этом шток гидродвигателя через протектор соединен со штоком рабочего насоса, а его корпус содержит переднюю и заднюю крышки, при этом агрегат снабжен баком, имеющим компенсатор объема, в одной из секций которого установлен переливной клапан, регулятор расхода и фильтр, отличающийся тем, что протектор выполнен в виде гибкого рукава, один конец которого жестко закреплен на штоке гидродвигателя, а другой - на его передней крышке, гидродвигатель снабжен гидротормозом, расположенным в его задней крышке, и ограничителем поворота штока, размещенным внутри рабочего органа гидродвигателя и жестко закрепленным на его задней крышке, причем полость рукава соединена посредством трубопровода с баком.

2. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что приводной насос выполнен объемным, например шестеренным.

3. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что распределитель выполнен гидроуправляемым для обеспечения автономного соединения полостей гидродвигателя со входом и выходом приводного насоса при достижении рабочего органа гидродвигателя крайних положений.

4. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что рабочий орган гидродвигателя снабжен стаканом, в дне которого выполнено отверстие для установки ограничителя поворота, выполненного в виде плоского стержня с гранями для обеспечения их контакта с упомянутым отверстием.

5. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что гидротормоз выполнен в виде выступа на задней крышке, с переменной формой его наружной поверхности, например конической, входящего в стакан рабочего органа гидродвигателя.

6. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что гибкий рукав протектора выполнен многослойным.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3