Гидроприводная насосная установка
Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано для добычи нефти, воды и других жидкостей из скважин. Установка содержит насос двойного действия, гидросистему и электродвигатель. Насос двойного действия выполнен в виде двух последовательно расположенных секций с бесштоковыми гидроцилиндрами, снабженными подвижными поперечными перегородками, отделяющими скважинную жидкость от рабочей жидкости. Вход в каждый гидроцилиндр снабжен каналом, выполненным в виде лабиринта, а поперечные перегородки выполнены в виде эластичных диафрагм или в виде сдвоенных поршней с подпружиненным уплотнителем и компенсатором утечек. Повышается надежность и производительность насосной установки. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.
Изобретение относится к гидроприводным насосным установкам и может использоваться для добычи нефти, воды и других жидкостей из скважин, а также для поддержания пластового давления.
Известны гидроприводные насосные установки по патентам: RU 2105193 C1, МПК6 F04B 9/103; RU 2116512 С1, МПК6 F04B 47/08; RU 2166668 C1, МПК7 F04B 47/08; RU 2235907 C1, МПК7 F04B 47/06; RU 2255245 C2, МПК7 F04B 47/08; RU 97106244 A, МПК6 F04B 47/08; RU 2422675 С1, МПК7 F04B 43/10; RU 52125 U1, МПК7 F04B 47/08; RU 119406 U1, МПК7 F04B 47/08; RU 123857 U1, МПК7 F04B 47/08; RU 123858 U1, МПК7 F04B 47/08; RU 123859 U1, МПК7 F04B 47/08; RU 132844 U1, МПК7 F04B 47/08; RU 151393 U1, МПК7 F04B 47/08; RU 160913 U1, МПК7 F04B 47/08.
Основной недостаток этих насосных установок заключается в том, что их гидропривод содержит плунжерные гидроцилиндры или поршневые гидроцилиндры со штоком. Это не позволяет их использовать в скважинах повышенной кривизны, так как искривление конструкции приводит к заклиниванию плунжеров. Это снижает надежность и сужает эксплуатационный диапазон этих установок.
Известна гидроприводная насосная установка по патенту RU 2463480 С1, МПК7 F04B 47/08, F04B 9/10. Основной недостаток этой установки заключается в том, что она является установкой одинарного действия. Это снижает ее производительность по сравнению с установками двойного действия.
Известна гидроприводная насосная установка по патенту RU 2493434 С1, MПK7 F04B 47/08 от 20.09.2013 г., содержащая основной насос, выполненный в виде бесштокового гидроцилиндра со сдвоенным поршнем, заполненным уплотнителем.
Основной недостаток этой установки заключается в том, что она является установкой одинарного действия. Кроме этого, количество уплотнителя в сдвоенном поршне с течением времени снижается за счет взаимодействия его со стенкой цилиндра, и качество уплотнения снижается.
Известны насосные установки двойного действия по патентам US 2435179; US 6595280; US 6889765. Основной недостаток этих установок заключается в том, что их диафрагмы расположены параллельно друг другу. Это увеличивает диаметральный габарит установки и не позволяет их использовать в узких скважинах, что снижает их эксплуатационный диапазон. Известно, что скважинная жидкость содержит твердые частицы, например песок. С течением времени диафрагмы заполняются песком, который не позволяет им сжиматься. В результате насосная установка перестает работать.
Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является насосная установка, известная по патенту US 2435179 А от 27.01.1948 г., содержащая основной насос, вспомогательный насос, гидрораспределитель и электропривод, отличающаяся тем, что основной насос выполнен в виде двух последовательно расположенных камер с эластичными диафрагмами. Основной недостаток этой установки заключается также в том, что подача скважинной жидкости осуществляется за счет поперечного сжатия и растяжения диафрагм. С течением времени диафрагмы заполняются песком, который при поперечном сжатии не способен перемещаться в осевом направлении и освобождать диафрагмы для пополнения скважинной жидкости. В результате скважинная жидкость перестает поступать в диафрагмы, и работа насоса прекращается.
Таким образом, указанные недостатки снижают производительность и надежность насосной установки.
Задачей изобретения является получение технического результата, выражающегося в повышении производительности и надежности насосной установки.
Указанная задача в гидроприводной насосной установке, содержащей насос двойного действия, гидросистему и электродвигатель, решается тем, что насос двойного действия выполнен в виде двух последовательно расположенных секций с бесштоковыми гидроцилиндрами, снабженными подвижными поперечными перегородками, отделяющими скважинную жидкость от рабочей жидкости, причем вход в каждый гидроцилиндр снабжен каналом, выполненным в виде лабиринта, а поперечные перегородки выполнены в виде эластичных диафрагм, в виде сдвоенных поршней с подпружиненным уплотнителем и компенсатором утечек.
Проведенный научно-технический анализ предложения и уровня техники свидетельствует о том, что предлагаемое техническое решение для специалиста не следует явным образом из уровня техники, при этом признаки изложенной совокупности взаимосвязаны, находятся в причинно-следственной связи с ожидаемым результатом и являются необходимыми и достаточными для его получения.
Изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображен фронтальный разрез поршневой насосной установки;
на фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 изображены увеличенные фрагменты фронтального разреза поршневой насосной установки;
на фиг. 5 изображен горизонтальный разрез поршневой насосной установки;
на фиг. 6, фиг. 7 и фиг. 8 изображены увеличенные фрагменты горизонтального разреза поршневой насосной установки;
на фиг. 9 изображен поршень насосной установки в рабочем положении;
на фиг. 10 изображен поршень насосной установки в крайнем верхнем положении;
на фиг. 11 изображен фронтальный разрез насосной установки с эластичными диафрагмами.
Насосная установка, представленная на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7 и фиг. 8, включает насос двойного действия, состоящий из верхней 1 и нижней 2 секций, соединенных между собой ниппелем 3. С помощью головки 4 верхней секции 1 насос крепится к насосно-компрессорным трубам (не показаны). К основанию 5 нижней секции 2 крепится гидробак 6 с рабочей жидкостью, в котором установлен гидрораспределитель 7 и вспомогательный насос (не показан). В качестве вспомогательного насоса может применяться масляный насос любого типа, например радиально-плунжерный с подходящими характеристиками и размерами. Привод вспомогательного насоса осуществляется электродвигателем с компенсатором температурного расширения масла (не показан).
Каждая из секций 1 и 2 выполнена в виде двух концентрично расположенных бесштоковых гидроцилиндров. Внутренние цилиндры 8 и 9 снабжены поршнями 10 и 11, заглубление которых в цилиндры 8 и 9 осуществляется скважинной жидкостью. Поршни 10 и 11 в отличие от диафрагм способны полностью освобождать цилиндры 8 и 9 от песка при каждом рабочем цикле. Ниппель 3 и основание 5 снабжены каналами 12, 13, 14 и 15 (см. фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 6, фиг. 7 и фиг. 8) для подвода рабочей жидкости к поршням 10 и 11 и отвода ее через гидрораспределитель 7. В ниппеле 3 и головке 4 выполнены каналы 16, 17, 18 и 19 для подвода скважинной жидкости к поршням 10 и 11 через впускные 20 и 21 и отвода ее через выпускные 22 и 23 клапаны.
Для предотвращения попадания песка в насос вход каждой его секции снабжен каналом, выполненным в виде лабиринта 24, который может содержать фильтр (не показан).
Для повышения герметичности гидросистемы поршни 10 и 11 могут содержать в поршневой полости 25 дополнительный уплотнитель в виде рабочей жидкости. Поршневая полость 25 расположена между полупоршнями 26 и 27 (см. фиг. 9 и фиг. 10), которые соединены между собой пружиной 28. Полупоршень 27 жестко связан с упором 29, внутри которого установлен обратный клапан 30, обеспечивающий доступ рабочей жидкости в поршневую полость 25 при упоре поршня 10 или 11 в лабиринт 24 (см. фиг. 1 и фиг. 2).
Наилучшая герметичность гидросистемы достигается применением поперечных эластичных диафрагм 31 (см. фиг. 11) вместо поршней 10 и 11. За счет продольного растяжения и сжатия при каждом рабочем цикле поперечные диафрагмы способны частично освобождаться от песка и сохранять способность перекачивать скважинную жидкость в течении всего срока эксплуатации.
Работает установка следующим образом: при опускании насосной установки (см. фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7 и фиг. 8) в скважину уровень скважинной жидкости над всасывающими клапанами 20 и 21 должен составлять не менее 10 м. Это обеспечивает давление скважинной жидкости на поршни 10 и 11 не менее 1 атм и создает достаточное усилие для их перемещения. Вспомогательный насос, приводимый в действие электродвигателем, через гидрораспределитель 7 откачивает рабочую жидкость, например, из цилиндра 8 по каналам 14 и 15 (см. фиг. 7) ниппеля 3, далее через межцилиндровую полость 32 нижней секции 2, далее по каналам 13 основания 5 в гидробак 6. При этом под поршнем 10 создается разрежение, и он под давлением скважинной жидкости заглубляется в цилиндр 8. Скважинная жидкость через впускной клапан 20 по каналу 18 и лабиринт 24 заполняет цилиндр 8. Песок и другие твердые частицы оседают в лабиринте 24 и не поступают в цилиндр 8. Одновременно рабочая жидкость, окачиваемая из цилиндра 8, подается вспомогательным насосом через гидрораспределитель 7 в цилиндр 9 через патрубок 33 и канал 12 в основании 5 и перемещает поршень 11 до упора в ниппель 3. Поршень 11 вытесняет скважинную жидкость из цилиндра 9 через лабиринт 24 по каналу 16, выпускной клапан 23, далее по каналу 17, далее через межцилиндровую полость 34 верхней секции 1, далее по каналам 19 головки 4, далее по каналу 35 в насосно-компрессорные трубы (не показано). При этом лабиринт 24 очищается от песка. В момент упора поршня 11 в ниппель 3 гидрораспределитель 7 переключает направление потока рабочей жидкости на противоположный.
Вспомогательный насос (не показан) через гидрораспределитель 7 откачивает рабочую жидкость из цилиндра 9 по каналу 12 основания 5, далее через патрубок 33 в гидробак 6. При этом под поршнем 11 создается разрежение, и он под давлением скважинной жидкости заглубляется в цилиндр 9. Скважинная жидкость через впускной клапан 21 по каналу 16 и лабиринт 24 заполняет цилиндр 9. Одновременно рабочая жидкость, откачиваемая из цилиндра 9, подается вспомогательным насосом через гидрораспределитель 7 в цилиндр 8 по каналам 13 в основании 5, далее через межцилиндровую полость 32, далее по каналам 14 и 15 ниппеля 3 и перемещает поршень 10 до упора в головку 4. При этом поршень 10 вытесняет скважинную жидкость из цилиндра 8 через лабиринт 24, по каналу 18, выпускной клапан 22, далее по каналу 35 в насосно-компрессорные трубы (не показано). В момент упора поршня 10 в лабиринт 24 гидрораспределитель 7 переключает направление потока рабочей жидкости на противоположный, и цикл повторяется.
В момент упора поршня 10 или упора поршня 11 в лабиринт 24 (см. фиг. 10) обратный клапан 30 открывается, и рабочая жидкость заполняет поршневую полость 25 (показано стрелками). При этом полупоршень 26 под давлением рабочей жидкости перемещается в крайнее верхнее положение, растягивая пружину 28. После выравнивания давления в поршневой полости 25 и гидроцилиндре 8 клапан 30 закрывается и запирает часть рабочей жидкости в поршневой полости 25 в качестве уплотнителя. Пружина 28, стягивая полупоршни 26 и 27, создает избыточное давление уплотнителя в поршневой полости 25.
В процессе работы насосной установки давление уплотнителя внутри сдвоенного поршня всегда выше, чем давление скважинной жидкости, на величину усилия пружины. Поэтому скважинная жидкость не имеет возможности перетечь через сдвоенный поршень. Причем поршневая полость 25 пополняется уплотнителем в процессе каждого цикла работы. Этим исключается попадание скважинной жидкости в гидросистему.
Насосная установка с эластичными диафрагмами работает аналогичным образом за исключением того, что она не нуждается в дополнительной герметизации гидросистемы.
Таким образом, изобретение позволяет получить технический результат, выражающийся в повышении производительности и надежности насосной установки.
1. Гидроприводная насосная установка, содержащая насос двойного действия, гидросистему и электродвигатель, отличающаяся тем, что насос двойного действия выполнен в виде двух последовательно расположенных секций с бесштоковыми гидроцилиндрами, снабженными подвижными поперечными перегородками, отделяющими скважинную жидкость от рабочей жидкости.
2. Гидроприводная насосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что вход в каждый гидроцилиндр снабжен каналом, выполненным в виде лабиринта.
3. Гидроприводная насосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что поперечные перегородки выполнены в виде эластичных диафрагм.
4. Гидроприводная насосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что поперечные перегородки выполнены в виде поршней.
5. Гидроприводная насосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что поршни выполнены сдвоенными и снабжены подпружиненным уплотнителем в виде рабочей жидкости.
6. Гидроприводная насосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что уплотнитель снабжен компенсатором утечек.
7. Гидроприводная насосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что каждый гидроцилиндр снабжен фильтром.
