Скважинный насос с расширительным бачком (варианты)

Изобретение предназначено для использования в насосах для откачки текучей среды из скважин. Насос содержит кожух и размещенную в нем гидроприводную часть. Она включает цилиндр, в котором установлен шток и который соединен с каналом приводной жидкости, и головную часть, содержащую, как минимум, один бачок, разделенный эластичной диафрагмой на полости переменного объема для приводной и откачиваемой жидкостей и выполненный с возможностью фиксации крайних положений диафрагмы и с обеспечением соединения полости для приводной жидкости с каналом приводной жидкости, а полости для откачиваемой жидкости - с полостью кожуха. В последней имеются всасывающий и нагнетательный клапаны, через которые полость кожуха сообщена с источником и каналом отвода откачиваемой жидкости. Имеется соединенный с каналом приводной жидкости расширительный бачок. В первом варианте он выполнен в виде цилиндрического резервуара, разделенного поршнем на две полости, с пружиной, прижимающей поршень к отверстию, соединяющему первую полость резервуара с каналом приводной жидкости. В резервуаре имеется крышка, позволяющая регулировать натяжение пружины, вторая полость резервуара сообщена с полостью кожуха. Во втором варианте расширительный бачок состоит из резервуара с входным и выходным клапанами. Входной клапан имеет тарелку, прижимаемую к входу пружиной, и разделен на две полости эластичной мембраной или поршнем, соединенным с тарелкой. В первой полости находятся тарелка и патрубок, соединяющий входной клапан с резервуаром. Вторая полость соединена с полостью кожуха. Изобретение позволяет избежать необходимости подъема насоса при прогреве скважины и избежать потери подачи после действия высокой температуры. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к насосам для откачки текучей среды и предназначено для откачки жидкостей из скважин.

Для работы в сильно засоренных скважинах и для откачки тяжелой нефти применяются насосы с эластичными рабочими органами.

Известны плунжерные скважинные насосы с гибким элементом, описанные, например, в а.с. СССР №1100428, №1137240, №1583654, в которых воздействие на откачиваемую жидкость производится плунжерной парой, что делает насос чувствительным к абразивным частицам, имеющимся в откачиваемой жидкости, и значительно сокращает срок службы. Имеющийся в этих насосах гибкий элемент предназначен для защиты плунжерной пары от воздействия.

Известен гидроприводной насос, описанный в патенте РФ №2090779, в котором эта проблема решена за счет использования приводной жидкости, что исключает контакт трущихся частей с откачиваемой жидкостью и позволяет работать с жидкостью любой вязкости. Этот насос содержит кожух и размещенную в нем диафрагму, разделяющую полости переменного объема для приводной и откачиваемой жидкостей, а также канал приводной жидкости, предназначенный для сообщения полости для приводной среды с ее источником. Насос содержит также всасывающий и нагнетательный клапаны, через которые полость кожуха сообщена с источником и каналом отвода откачиваемой жидкости, причем всасывающий и нагнетательный клапаны установлены со стороны противоположных торцевых стенок полости кожуха, полость для откачиваемой среды свободно сообщена с полостью кожуха, являясь ее частью. Диафрагма, разделяющая полости, выполнена эластичной и установлена с возможностью изменения ее формы и положения при изменении давления в полости приводной жидкости и объема этой полости в интервале значений, ограниченном величинами ее минимального и максимального допустимых объемов. Насос снабжен камерой, формирующей расположенные в ней полости для приводной и откачиваемой жидкостей. Камера представляет собой бачок (или несколько бачков) и выполнена с патрубком, расположенным в полости кожуха со стороны наружной поверхности стенки камеры, формирующей полость для приводной жидкости, которая через этот патрубок сообщена с каналом приводной жидкости. Эластичная диафрагма выполнена с возможностью придания ей формы внутренней поверхности стенки камеры, формирующей полость для откачиваемой жидкости, при избыточном давлении в полости для приводной жидкости относительно давления в полости для откачиваемой жидкости, не превышающем 10% максимального рабочего.

Этот насос является наиболее близким к предлагаемому изобретению. Недостатком его является невозможность функционирования насоса при повышении давления приводной жидкости выше допускаемой величины. Такая ситуация возникает при увеличении температуры в скважине, когда пласты прогревают паром. Тогда температура пластовой жидкости значительно превосходит обычную для скважины температуру. В этом случае насос необходимо поднимать на поверхность во избежание повреждения его элементов за счет увеличения объема масла и увеличения давления на диафрагму и стенку бачка после прижатия к ней диафрагмы при превышении температуры выше предусмотренной. Работать при такой температуре насос не может и возможно повреждение диафрагмы из-за выдавливания ее в отверстия стенки бачка. Повышение давления обусловлено температурным расширением приводной жидкости. Зарядка насоса приводной жидкостью делается в процессе изготовления, при температуре в помещении 15-20°С. Ее объем выбирается таким, чтобы обеспечить отсутствие прилегания диафрагмы к отверстиям при температуре в скважине (например, 80°С), которая считается пределом применения насоса. Количество приводной жидкости влияет на производительность насоса, поэтому не может быть существенно уменьшено. Применение предохранительного клапана в этой ситуации приведет к потере части приводной жидкости и уменьшению производительности насоса при последующей работе.

Задачей изобретения является расширение допустимого температурного диапазона работы насоса, использующего приводную жидкость, и исключения необходимости его подъема из скважины при ее прогреве.

Предлагаются два варианта решения задачи.

В первом варианте задача решается с помощью гидроприводного насоса, содержащего кожух и размещенные в нем гидроприводную часть, включающую в себя цилиндр, в котором установлен с возможностью перемещения шток и который соединен с каналом приводной жидкости, и головную часть, которая содержит как минимум один бачок, разделенный эластичной диафрагмой на полости переменного объема для приводной и откачиваемой жидкостей и выполненный с возможностью фиксации крайних положений диафрагмы и с обеспечением соединения полости для приводной жидкости с упомянутым каналом приводной жидкости, а полости для откачиваемой жидкости - с полостью кожуха, в которой имеются всасывающий и нагнетательный клапаны, через которые полость кожуха сообщена с источником и каналом отвода откачиваемой жидкости соответственно, отличающегося тем, что имеется расширительный (термокомпенсационный) бачок, который соединен с упомянутым каналом приводной жидкости и выполнен в виде резервуара цилиндрической формы, разделенного поршнем на две полости, имеется пружина, прижимающая поршень к седлу у отверстия, соединяющего первую из полостей резервуара с каналом приводной жидкости, а в резервуаре имеется крышка, перемещение которой позволяет регулировать натяжение упомянутой пружины.

В упомянутом резервуаре имеется как минимум одно отверстие, через которое вторая из полостей резервуара сообщена с упомянутой полостью кожуха.

Во втором варианте задача решается с помощью гидроприводного насоса, содержащего кожух и размещенные в нем гидроприводную часть, включающую в себя цилиндр, в котором установлен с возможностью перемещения шток и который соединен с каналом приводной жидкости, и головную часть, которая содержит как минимум один бачок, разделенный эластичной диафрагмой на полости переменного объема для приводной и откачиваемой жидкостей и выполненный с возможностью фиксации крайних положений диафрагмы и с обеспечением соединения полости для приводной жидкости с упомянутым каналом приводной жидкости, а полости для откачиваемой жидкости - с полостью кожуха, в которой имеются всасывающий и нагнетательный клапаны, через которые полость кожуха сообщена с источником и каналом отвода откачиваемой жидкости соответственно, отличающегося тем, что имеется расширительный (термокомпенсационный) бачок, состоящий из резервуара, соединенного с упомянутым каналом приводной жидкости входом через входной клапан и выходом через выходной клапан.

Входной клапан выполнен так, что в нем имеется тарелка, которая может перекрывать вход во входной клапан благодаря тому, что на нее действует пружина.

Входной клапан может быть выполнен в двух исполнениях.

В первом исполнении входной клапан разделен на две полости эластичной мембраной, упомянутая тарелка находится в первой полости, за тарелкой в первой же полости имеется патрубок, соединяющий входной клапан с упомянутым резервуаром, а вторая полость упомянутого входного клапана как минимум одним отверстием соединена с полостью кожуха.

Во втором исполнении входной клапан разделен на две полости поршнем, соединенным штоком с упомянутой тарелкой, которая находится в первой полости, за тарелкой в первой же полости имеется патрубок, соединяющий входной клапан с упомянутым резервуаром, а вторая полость упомянутого входного клапана как минимум одним отверстием соединена с полостью кожуха.

Предлагаемые решения позволяют избежать необходимости подъема насоса при прогреве скважины, обеспечить его функционирование при высокой температуре без потери подачи и избежать потери подачи после действия высокой температуры.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 показано сечение насоса с расширительным бачком, выполненным по первому варианту.

На фиг.2 показан в увеличенном масштабе расширительный бачок по первому варианту.

На фиг.3 показано сечение насоса с расширительным бачком, выполненным по второму варианту.

На фиг.4 показан в увеличенном масштабе расширительный бачок по второму варианту с входным клапаном в первом исполнении.

На фиг.5 показан в увеличенном масштабе расширительный бачок по второму варианту с входным клапаном во втором исполнении.

Предлагаемый скважинный гидроприводной насос содержит кожух 1 и размещенные в нем гидроприводную часть 2 и головную часть 3.

Гидроприводная часть 2 включает в себя заполненный приводной жидкостью цилиндр 4, в котором может перемещаться шток 5, установленный в цилиндре 4 с уплотнением 6, позволяющим штоку 5 совершать перемещения вдоль цилиндра 4 без потери приводной жидкости через уплотнение 6. Цилиндр 4 соединен с каналом 7 приводной жидкости.

Головная часть 3 содержит как минимум один бачок 8, разделенный эластичной диафрагмой 9 на полости переменного объема: полость 10 для приводной жидкости и полость 11 для откачиваемой жидкости. Бачок 8 выполнен с возможностью фиксации крайних положений диафрагмы 9, т.к. диафрагма 9 установлена с возможностью изменения ее формы и положения при изменении давления в полости 10 для приводной жидкости и с возможностью принятия диафрагмой 9 формы внутренней стенки бачка 8, т.е. бачок 8 определяет форму и объем полостей 10 и 11 при крайних положениях диафрагмы 9. Бачок 8 выполнен так, что обеспечивается соединение полости 10 с каналом 7 приводной жидкости, а полости 11 - с полостью 12 кожуха благодаря наличию отверстий в соответствующих стенках бачка 8. В полости 12 кожуха имеются всасывающий клапан 13, через который полость 12 соединена с источником откачиваемой жидкости, и нагнетательный клапан 14, через который полость 12 соединена с каналом 15 отвода откачиваемой жидкости. Оба клапана 13 и 14 являются обратными клапанами (выполнены с возможностью предотвращения обратного тока жидкости).

В первом варианте исполнения (фиг.1, 2) для обеспечения функционирования и сохранности насоса при повышении температуры имеется расширительный (термокомпенсационный) бачок 16, который соединен с каналом 7 приводной жидкости и выполнен в виде резервуара 17 цилиндрической формы, разделенного поршнем 18 на две полости. Поршень 18 снабжен уплотнением 19 из термостойкого материала и герметично отделяет полости резервуара 17 друг от друга. Первая из полостей резервуара 17 соединена отверстием с каналом 7 приводной жидкости, причем отверстие снабжено седлом 20. Имеется пружина 21, прижимающая поршень 18 к седлу 20. В резервуаре 17 имеется крышка 22, перемещение которой путем вращения по резьбе вокруг оси резервуара 17 позволяет регулировать натяжение пружины 21. В резервуаре 17, например в его крышке 22, имеется как минимум одно отверстие 23, через которое вторая полость резервуара 17 сообщена с полостью 12 кожуха.

Во втором варианте (см. фиг.3, 4, 5) для обеспечения функционирования и сохранности насоса при повышении температуры имеется расширительный (термокомпенсационный) бачок 24, состоящий из резервуара 25, который соединен с каналом 7 приводной жидкости входом через входной клапан 26 и выходом через выходной клапан 33.

В клапане 26 имеется тарелка 28, которая может перекрывать вход в клапан 26 благодаря тому, что на нее через шток 29 действует пружина 30. Клапан 26 выполнен так, что он разделен на две полости герметичным образом. В первой полости клапана 26 находится упомянутая тарелка 28 и за ней имеется патрубок 32, соединяющий клапан 26 с резервуаром 25. Вторая полость клапана 26 как минимум одним отверстием 31 соединена с полостью кожуха 12.

Разделение на две полости может быть осуществлено в двух исполнениях: эластичной мембраной 27 (фиг.4) или поршнем 32 (фиг.5).

Насос работает следующим образом.

При ходе штока 5 вверх (см. фиг.1, 3) в цилиндре 4 увеличивается объем, который заполняется приводной жидкостью, притекающей по каналу 7 из полости 10. Под давлением откачиваемой жидкости диафрагма 9 меняет положение, объем полости 11 увеличивается, и откачиваемая жидкость из полости 12 начинает заполнять полость 11. Клапан 13 при этом открыт, и откачиваемая жидкость поступает в полость 12 из источника откачиваемой жидкости. При ходе штока 5 вниз приводная жидкость вытесняется по каналу 7 в полость 10 и оказывает давление на диафрагму 9, перемещая ее и повышая давление в полостях 11 и 12, поэтому клапан 13 закрывается, откачиваемая жидкость открывает клапан 14 и вытесняется в канал 15 отвода откачиваемой жидкости.

Расширительный бачок 16 по первому варианту функционирует в составе насоса следующим образом.

При повышении температуры объем приводной жидкости увеличивается вследствие ее термического расширения. Когда она занимает весь допустимый объем в полости 10, вследствие увеличения давления приводной жидкости в канале 7 поршень 18 отжимается, сжимая пружину 21, высвобождая дополнительный объем для приводной жидкости, которая поступает из канала 7. При понижении температуры давление приводной жидкости уменьшается и пружина 21, расправляясь, перемещает поршень 18, выталкивая приводную жидкость в канал 7.

Благодаря отверстию 23 расширительный бачок работает в тех же условиях перепада давлений, что и диафрагма 9, а так как давление в начале открытия расширительного бачка 16 (поступления жидкости в расширительный бачок) больше сопротивления перетекания жидкости - через отверстия в стенке бачка 8. При нормальной работе насоса исключены потери приводной жидкости из-за заполнения расширительного бачка 16. Это происходит потому, что хотя при движении штока 5 вниз давление приводной жидкости повышается, оно через диафрагму 9 передается откачиваемой жидкости в полость 11, а затем в полость 12. Поэтому повышается давление на поршень 18 как со стороны приводной жидкости из канала 7, так и со стороны откачиваемой жидкости из полости 12. Поэтому в этой ситуации пружина 21 надежно прижимает поршень 18 к седлу 20.

Расширительный бачок 25 по второму варианту функционирует в составе насоса следующим образом.

При нормальной работе пружина 30 через шток 29 прижимает тарелку 28 к входу клапана 26, а обратный клапан 33 закрыт. Когда при повышении температуры объем приводной жидкости увеличивается вследствие ее термического расширения и занимает весь допустимый объем в полости 10, вследствие увеличения давления более давления прижатия диафрагмы 9 к отверстиям в стенке бачка 8, находящимся в полости 11, тарелка 28 отжимается, сжимая пружину 30, и пропускает приводную жидкость через патрубок 32 в резервуар 25. При понижении температуры давление приводной жидкости уменьшается, пружина 30 закрывает клапан 26. Уменьшается и общий объем приводной жидкости. Когда при движении штока 5 вверх в канале 7 давление приводной жидкости уменьшается, клапан 33 открывается, и приводная жидкость из резервуара 25 поступает в канал 7. По крайней мере за несколько циклов работы штока 5 резервуар 25 освобождается, и начальное количество приводной жидкости в системе «цилиндр 4 - канал 7 - полость 10» восстанавливается.

Благодаря отверстию 31 клапан 26 не открывается до тех пор, пока диафрагма 9 не прижмется к стенке бачка 8, находящейся в полости 11. Это происходит потому, что при некотором повышении давления в канале 7 давление в полости 12 также увеличивается, но т.к. со стороны канала 7 давление передается на тарелку 28, а со стороны полости 12 на шток 29 из-за наличия отверстия 31, клапан 26 остается закрытым, несмотря на незначительные изменения давления приводной жидкости в процессе нормальной работы насоса.

1. Гидроприводной насос, содержащий кожух и размещенные в нем гидроприводную часть, включающую в себя цилиндр, в котором установлен с возможностью перемещения шток и который соединен с каналом приводной жидкости, и головную часть, которая содержит как минимум один бачок, разделенный эластичной диафрагмой на полости переменного объема для приводной и откачиваемой жидкостей и выполненный с возможностью фиксации крайних положений диафрагмы и с обеспечением соединения полости для приводной жидкости с упомянутым каналом приводной жидкости, а полости для откачиваемой жидкости - с полостью кожуха, в которой имеются всасывающий и нагнетательный клапаны, через которые полость кожуха сообщена с источником и каналом отвода откачиваемой жидкости соответственно, отличающийся тем, что имеется расширительный бачок, который соединен с упомянутым каналом приводной жидкости и выполнен в виде резервуара цилиндрической формы, разделенного поршнем на две полости, имеется пружина, прижимающая поршень к седлу у отверстия, соединяющего первую из полостей резервуара с каналом приводной жидкости, а в резервуаре имеется крышка, перемещение которой позволяет регулировать натяжение упомянутой пружины.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что в упомянутом резервуаре имеется как минимум одно отверстие, через которое вторая полость резервуара сообщена с упомянутой полостью кожуха.

3. Гидроприводной насос, содержащий кожух и размещенные в нем гидроприводную часть, включающую в себя цилиндр, в котором установлен с возможностью перемещения шток и который соединен с каналом приводной жидкости, и головную часть, которая содержит как минимум один бачок, разделенный эластичной диафрагмой на полости переменного объема для приводной и откачиваемой жидкостей и выполненный с возможностью фиксации крайних положений диафрагмы и с обеспечением соединения полости для приводной жидкости с упомянутым каналом приводной жидкости, а полости для откачиваемой жидкости - с полостью кожуха, в которой имеются всасывающий и нагнетательный клапаны, через которые полость кожуха сообщена с источником и каналом отвода откачиваемой жидкости соответственно, отличающийся тем, что имеется расширительный бачок, состоящий из резервуара, соединенного с упомянутым каналом приводной жидкости входом через входной клапан и выходом через выходной клапан.

4. Насос по п.3, отличающийся тем, что упомянутый входной клапан выполнен так, что в нем имеется тарелка, которая может перекрывать вход во входной клапан благодаря тому, что на нее действует пружина.

5. Насос по п.4, отличающийся тем, что входной клапан разделен на две полости эластичной мембраной, упомянутая тарелка находится в первой полости, в первой же полости имеется патрубок, соединяющий входной клапан с упомянутым резервуаром, а вторая полость упомянутого входного клапана как минимум одним отверстием соединена с полостью кожуха.

6. Насос по п.4, отличающийся тем, что входной клапан разделен на две полости поршнем, соединенным штоком с упомянутой тарелкой, которая находится в первой полости, в первой же полости имеется патрубок, соединяющий входной клапан с упомянутым резервуаром, а вторая полость упомянутого входного клапана как минимум одним отверстием соединена с полостью кожуха.