Гидромеханический погружной редуктор

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения и может быть использовано в погружных маслонаполненных редукторах, предназначенных для привода плунжерных насосов в составе погружной насосной установки для откачки пластовой жидкости из нефтедобывающих скважин. Гидромеханический погружной редуктор содержит механическую передачу в виде винта с гайкой, гидромотор, самореверсивный гидравлический распределитель, выполненный с возможностью регулирования направления вращения вала механической передачи, диафрагменную камеру и теплообменное устройство, размещенное между гидравлическим распределителем и диафрагменной камерой и состоящее из двух секций радиально расположенных пластинчатых или трубчатых каналов для охлаждаемого масла, соединенных через приемный и нагнетательный клапаны между собой и, соответственно, с гидравлическим распределителем и диафрагменной камерой. Позволяет повысить эксплуатационную надежность гидромеханического приводного редуктора в условиях повышенных температур окружающей среды. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения и может быть использовано в погружных маслонаполненных редукторах, предназначенных для привода плунжерных насосов в составе погружной насосной установки для откачки пластовой жидкости из нефтедобывающих скважин.

Известен гидромеханический погружной редуктор, содержащий механическую винтовую передачу в виде винта с гайкой, гидромотор, промежуточный вал с торцевым уплотнением и эластичной кулачковой муфтой, масляный насос, гидравлический блок, состоящий из самореверсивного гидравлического распределителя и диафрагменной камеры (эластомерной оболочки). Гидромотор с гидравлическим блоком выполнены с возможностью регулирования направления вращения вала, при этом винт свободно перемещается внутри полого поршня. (Патент РФ №184849, опубл. 2018).

Недостатком известного погружного редуктора является то, что в условиях высоких температур окружающей среды в его маслосистеме возможен перегрев масла, что значительно снижает его эксплуатационную надежность. С повышением температуры рабочей жидкости повышается износ подшипниковых и уплотнительных узлов конструкции. Также перегрев приводит к снижению КПД гидравлического блока редуктора.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение эксплуатационной надежности гидромеханического погружного редуктора в условиях повышенных температур окружающей среды, за счет организации теплообмена масла и пластовой жидкости, перекачиваемой плунжерным насосом.

Технический результат достигается тем, что гидромеханический погружной редуктор, содержащий винтовую передачу, гидромотор, самореверсивный гидравлический распределитель, выполненный с возможностью регулирования направления вращения винта винтовой передачи, и диафрагменную камеру, снабжен теплообменником, размещенным между гидравлическим распределителем и диафрагменной камерой и состоящим из двух секций радиально расположенных каналов для охлаждаемого масла, соединенных через приемный и нагнетательный клапаны между собой и, соответственно, с гидравлическим распределителем и диафрагменной камерой, при этом каналы для охлаждаемого масла могут быть выполнены пластинчатыми или трубчатыми.

В предлагаемом теплообменнике в качестве охлаждающей среды используется перекачиваемый плунжерным насосом пластовая жидкость, а в качестве промежуточного теплоносителя - гидравлическое масло.

Оснащение погружного редуктора теплообменником, представляющего собой соединенные друг с другом клапанами две секции радиально расположенных каналов для охлаждаемого масла, позволяет простым и надежным способом, за счет теплоотдачи в пластовую жидкость, обеспечить охлаждение масла в маслосистеме погружного редуктора для привода плунжерных насосов, устранив тем самым проблемы перегрева погружного редуктора в условиях повышенных температур окружающей среды и повысив эксплуатационную надежность погружного редуктора.

Такое исполнение обеспечивает герметичность теплообменных секций, предотвращает смешивание между собой горячего и охлажденного масла, повышает эффективность теплообмена за охлаждения масла последовательно сначала в одной, а затем во второй секции, а также обеспечивает безопасную эксплуатацию и надежность за счет предотвращения прямого (возможного) контакта масла с пластовой жидкостью.

Изобретение поясняется графически, где на чертеже изображена схема гидромеханического погружного редуктора.

Гидромеханический погружной редуктор содержит маслонаполненный корпус 1, размещенную в корпусе винтовую передачу 2, выполненную типа «винт-гайка», полый шток 3, охватывающий винт винтовой передачи 2 и входящий с ним в подвижное зацепление, гидромотор 4 объемного типа, соединенный через распределительный блок 5 и предохранительный клапан 6 с насосом объемного типа 7, теплообменные секции 8 и 9 пластинчатых или трубных каналов для охлаждаемой среды - масла, соединенных между собой через приемный клапан 10 и нагнетательный клапан 11 промежуточным контуром, представляющий собой диафрагменную камеру 12 и, по меньшей мере, два встречно расположенных торцевых уплотнения 13.

Насос 7 соединяется валом 14 с электродвигателем погружной насосной установки (на чертеже не показано).

Работа редуктора осуществляется следующим образом. При включении электродвигателя погружной насосной установки насос 7 начинает преобразовывать механическую энергию в гидравлическую, всасывая заполняющее редуктор гидравлическое масло, прокачивая его через распределительный блок 5, гидромотор 4 и предохранительный клапан 6 (при перегрузке). Распределительный блок 5 обеспечивает периодическое разнонаправленное вращение гидромотора 4, преобразующего энергию потока гидравлического масла в механическую энергию вращения. Винт винтовой передачи 2, вращаясь, приводит в движение гайку этой же передачи. В связи с разнонаправленным характером вращения винта, гайка совершает периодические возвратно-поступательные движения и, поскольку она жестко связана с полым штоком 3, который в свою очередь присоединен к плунжеру скважинного насоса погружной насосной установки (на чертеже не показан), шток 3 перемещает плунжер скважинного насоса.

Перемещение плунжера скважинного насоса вызывает циклическое изменение объема масла в редукторе. При избыточном давлении в редукторе разогретое масло через приемный клапан 10 поступает на охлаждение в каналы теплообменной секции 8, по которым с одной стороны протекает охлаждаемое масло, а с другой стороны охлаждающая среда - пластовая жидкость, поступающая из пласта на прием плунжерного насоса. Охлажденное масло поступает в диафрагменную камеру 12, которая может быть выполнена из эластомера или другого материала позволяющего значительно изменять свой объем, а нагретая охлаждающая среда поступает на прием плунжерного насоса и поднимается на поверхность. При создании отрицательного давления в редукторе, предварительно остывшее в теплообменной секции 8 масло через нагнетательный клапан 11 подается в каналы теплообменной секции 9, которые омываются охлаждающей средой, отдавая тепло в окружающую теплообменник пластовую жидкость. Таким образом, в маслонаполненном погружном теплообменнике в качестве промежуточного теплоносителя используют масло погружного редуктора, а в качестве охлаждающей среды - перекачиваемую плунжерным насосом пластовую жидкость. Торцевые уплотнения 13 препятствующие смешиванию холодного и горячего масла, а также проникновению в масляный контур пластовой жидкости.

Использование двух изолированных друг от друга уплотнениями 13 теплообменных секций 8 и 9 повышает эффективность теплообмена и уменьшает потери давления теплоносителя в теплообменнике, а также повышает пропускную способность масляного теплообменника.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить эксплуатационную надежность погружного редуктора для плунжерного насоса и устранить проблемы его перегрева в условиях повышенных температур окружающей среды.

Обеспечение охлаждения рабочей жидкости дает возможность использования погружной насосной установки на большей глубине скважины, что обеспечивает эффективность использования данных насосных установок в скважинах с низким пластовым давлением и ограниченным геологическими условиями притоком.

1. Гидромеханический погружной редуктор, содержащий механическую передачу в виде винта с гайкой, гидромотор, самореверсивный гидравлический распределитель, выполненный с возможностью регулирования направления вращения вала механической передачи, и диафрагменную камеру, отличающийся тем, что он снабжен теплообменным устройством, размещенным между гидравлическим распределителем и диафрагменной камерой и состоящим из двух секций радиально расположенных каналов для охлаждаемого масла, соединенных через приемный и нагнетательный клапаны между собой и, соответственно, с гидравлическим распределителем и диафрагменной камерой.

2. Гидромеханический погружной редуктор по п. 1, отличающийся тем, что каналы для охлаждаемого масла выполнены пластинчатыми.

3. Гидромеханический погружной редуктор по п. 1, отличающийся тем, что каналы для охлаждаемого масла выполнены трубчатыми.