ГИДРОПРИВОДНОЙ НАСОС Российский патент 1995 года по МПК F04B9/10 F04B47/08 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности для подъема жидкости из скважины.

Известен погружной поршневой насос с гидроприводом и клапанным распределителем рабочей среды [1].

Большое количество подвижных соединений в конструкции снижает стабильность работы насоса в скважинных условиях, для которых характерны широкий диапазон давлений и загрязненная среда.

Наиболее близким по технической сущности является гидроприводной насос, содержащий корпус, разделенный перемычками на приводные и рабочие камеры двигателя и насоса, в которых установлены поршни двигателя и насоса, выполненные на одном штоке, а также камеру запитки двигателя с клапанным гидроаппаратом, установленным в стакане, и канал в корпусе для слива приводной среды двигателя [2].

Кольцевые клапаны гидроаппарата, имеющие по две запорные поверхности ненадежны в загрязненных средах. Высоки ударные нагрузки на элементах переключения при высоких скоростях поршня, т. к. клапаны гидравлически не разгружены.

Задача, решаемая изобретением - увеличение надежности насоса в условиях загрязненной среды скважины.

Эта задача решается гидроприводным насосом, содержащим корпус, разделенный перемычками на приводные и рабочие камеры двигателя и насоса, в которых установлены поршни двигателя и насоса, выполненные на одном штоке, а также камеру запитки двигателя с клапанным гидроаппаратом, установленным в стакане, и канал в корпусе для слива приводной среды двигателя, в котором согласно изобретению между дном корпуса и рабочей камерой насоса образована дополнительная камера, отделенная от последней дополнительной перемычкой, при этом один конец штока расположен в этой камере, другой - в камере запитки двигателя, а шток снабжен сквозным каналом и нагружен установочной пружиной относительно дна корпуса, клапанный гидроаппарат выполнен в виде гильзы, снабженной двумя выступами, между которыми с возможностью взаимодействия гильзы с дном стакана и верхним торцом штока установлены встречные пружины, в нижней части стакана выполнена ступенчатая выточка с возможностью образования с верхним выступом гильзы тормозной полости, при этом в стенке стакана к камере запитки выполнен канал от дна выточки, а между тормозной полостью и каналом установлено плавающее кольцо для периодического соединения ее с камерой запитки двигателя.

На фиг. 1 изображен гидроприводной насос, общий вид; на фиг.2 - узел I на фиг.1, в разрезе; на фиг.3 - плавающее кольцо с окнами, расположенное в тормозной полости.

Насос содержит корпус 1, разделенный перемычками 2-5 на камеры. В камере между перемычками 4 и 5 установлен поршень 6 насоса, а в камере между перемычками 4 и 3 установлен поршень 7 гидродвигателя. Поршни насоса и гидродвигателя соединены штоком 8 со сквозным каналом 9. Нижняя часть штока 8 расположена в дополнительной камере между дном корпуса и дополнительной перегородкой 5 и отсюда он подпружинен относительно корпуса установочной пружиной 10. Верхний торец 11 штока расположен между перемычками 3 и 2, т. е. в камере 12 запитки гидродвигателя. На торце 11 выполнено седло клапанного гидроаппарата 13. Затвор 14, который выполнен на гильзе 13 гидроаппарата, выполнен ступенчатым со стороны камеры 12 и ступенчатым внутри, т. е. канал 15 гильзы гидроаппарата 13 снабжен выступом 16. Гильза 13 смонтирована в стакане 17. Гидроаппарат снабжен тормозным устройством: выступом 18 на теле клапана и тормозной полостью 19 в виде ступенчатой выточки. Тормозная полость 19 открыта со стороны выступа 18, а с противоположной стороны (дна) сообщена каналом 20 с камерой 12 запитки и снабжена плавающим кольцом 21 с окнами 22 (см. фиг.3), не совпадающими с каналом 20. Полость 23 стакана снабжена сливным каналом 24. Гильза 13 гидроаппарата нагружена встречными пружинами 25 и 26. Подвод рабочей среды к гидродвигателю в подпоршневое пространство 27 осуществляется через канал 9 штока и окна 28 в стенке штока 8, при этом надпоршневое пространство 29 снабжено сливным каналом 30.

Насос устройства двойного действия, поэтому подпоршневое 31 и надпоршневое 32 пространства через обратные клапаны 33 и 34 сообщены со скважинным пространством.

Гидроприводной насос может устанавливаться в скважине, преимущественно для добычи нефти, по двум вариантам. По первому варианту корпус должен быть снабжен пакерами. По второму варианту гидроприводной насос монтируется с двумя насосно-компрессорными трубами, установленными коаксиально либо параллельно.

Работает насос следующим образом.

Гидродвигатель и насос в устройстве совмещены, поэтому движение штока 8 вниз сопровождается вытеснением жидкости (нефти) из подпоршневого пространства 31 насоса и поступление ее в надпоршневое 32 через канал с обратным клапаном 34. При движении штока 8 вверх жидкость вытесняется из надпоршневого пространства 32 и поступает из забоя в подпоршневое пространство 31.

В исходном положении шток 8 находится под действием установочной пружины 10 в верхнем положении и взаимодействует с гидроаппаратом. Гильза 13 гидроаппарата расположена в камере 12 запитки в определенном встречными пружинами 25 и 26 положении. Рабочая среда поступает в камеру 12 запитки и воздействует на торец 11 штока 8. Подпоршневая полость 27 в это время сообщена со сливом каналами 28, 9, 15 и 24. Под воздействием давления среды из полости 12 на торец 11 штока 8 последний перемещается вниз до тех пор, пока нагрузка от пружины 25 не превзойдет нагрузки от давления среды на затвор 14. Шток 8 гидродвигателя увлекает за собой и поршень 6 насоса. Совместное движение гильзы 13 гидродвигателя с штоком 8 прерывается пружиной 25. Под ее воздействием гильза 13 отрывается от штока 8 и резко перемещается в стакан 17, где поджимается к его дну давлением жидкости на выступ 16. В этом положении гильзы сливной канал 24 отсекается от внутренней полости корпуса 1.

Скорость гильзы 13 гасится специальным тормозным устройством в верхней части траектории. Выступ 18 гильзы 13 входит в полость 19 и вытесняет оттуда жидкость в направлении, противоположном движению гильзы, кольцо 21 прижимается к дну полости и перекрывает канал 20. Кинетическая энергия гильзы 13 расходуется на вытеснение жидкости из полости 19. При размыкании штока с гильзой гидроаппарат открывает доступ рабочей среды (по каналу 9 и окно 28) в подпоршневое пространство 27 гидродвигателя. Рабочая среда устремляется в пространство 27 и взводит шток. Надпоршневое пространство 29 постоянно сообщено со сливным каналом 30. Шток движется вверх до контакта с затвором 14. При изоляции нижней поверхности затвора 14 от камеры 12 гильза 13 резко (без пульсаций) вводится давлением жидкости в канал 9 до упора. Затвор 14 выполнен гидравлически неуравновешенным, чем и объясняется восприятие им давления жидкости. При стыковке штока с гидроаппаратом 13, последний сдвигается. Сдвигается и выступ 18 в полости 19, вследствие чего в ней создается пониженное давление, и плавающее кольцо 21 смещается под действием перепада давления. Открывается доступ жидкости по каналу 20, и через окна 22 в полость 19, чем ликвидируется перепад давления на выступ 18. В результате чего повышается быстрота и надежность схлапывания штока 8 с гидроаппаратом 13, а также начало обратного движения штока. Канал 9 изолируется от камеры 12, и под воздействием жидкости на торец штока 8 последний движется вниз, увлекая поршень 6 насоса. Повторяется следующий цикл.

Использование: для подъема жидкости из скважины. Сущность изобретения: корпус разделен перемычками на приводные и рабочие камеры двигателя и насоса, в которых установлены поршни, выполненные на одном штоке. Клапанный гидроаппарат камеры запитки двигателя установлен в стакане. Между дном корпуса и рабочей камерой насоса образована дополнительная камера, отделенная от последней дополнительной перемычкой. Один конец штока, расположен в этой камере, другой - в камере запитки двигателя. Шток снабжен каналом и нагружен установочной пружиной относительно дна корпуса. Гидроаппарат содержит гильзу, снабженную двумя выступами. Между выступами с возможностью поочередного взаимодействия гильзы с дном стакана и верхним торцом штока установлены встречные пружины. В нижней части стакана выполнена ступенчатая выточка с возможностью образования с верхним выступом гильзы тормозной полости. В стенке стакана к камере запитки выполнен канал от дна выточки. Между каналом и тормозной полостью установлено плавающее кольцо для периодического соединения ее с камерой запитки двигателя. 3 ил.

ГИДРОПРИВОДНОЙ НАСОС, содержащий корпус, разделенный перемычками на приводные и рабочие камеры двигателя и насоса, в которых установлены поршни двигателя и насоса, выполненные на одном штоке, а также камеру запитки двигателя с клапанным гидроаппаратом, установленным в стакане, и канал для слива приводной среды двигателя, отличающийся тем, что между дном корпуса и рабочей камерой насоса образована дополнительная камера, отделенная от последней дополнительной перемычкой, при этом один конец штока расположен в этой камере, а другой - в камере запитки двигателя, а шток снабжен каналом и нагружен установочной пружиной относительно дна корпуса, клапанный гидроаппарат включает гильзу, снабженную двумя выступами, между которыми с возможностью поочередного взаимодействия гильзы с дном стакана и верхним торцом штока установлены встречные пружины, в нижней части стакана выполнена ступенчатая выточка с возможностью образования с верхним выступом гильзы тормозной полости, при этом в стенке стакана к камере запитки выполнен канал от дна выточки, а между каналом и тормозной полостью установлено плавающее кольцо для периодического соединения ее с камерой запитки двигателя.