ГЛУБИННО-НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1996 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и, в частности, к конструкциям глубинно-насосной установки.

Известны скважинные гидроштанговые насосы [1] содержащие двигательный и насосный цилиндры, подключенные друг к другу через соединение телескопического типа, обеспечивающее их ограниченное осевое перемещение. В цилиндрах размещены соответственно приводной и рабочий плунжеры со сквозными каналами, которые жестко связаны между собой штоком со сквозным каналом с образованием в насосном цилиндре рабочей полости, а в двигательном цилиндре-приводной полости, и внутреннюю и наружную колонны труб. Внутренняя колонна труб расположена в наружной колонне труб с образованием кольцевого пространства, подключенная к гидроприводу. Рабочая полость сообщена через всасывающий клапан с добываемой жидкостью и через установленный в рабочем плунжере нагнетательный клапан и полость внутренней колонны труб с нагнетательной магистралью, а насосный цилиндр соединен с наружной колонной труб.

Эта насосная установка сложна по конструкции, ненадежна в работе и требует больших мощностей для приведения в работу установки.

Наиболее близким техническим решением к описываемому является [2] Глубинно-насосная установка содержит внутреннюю и внешнюю концентрично расположенные насосно-компрессорные трубы с образованием внутренней и кольцевой полостей, в нижней части которых размещен погружной агрегат, имеющий двигательный и насосный цилиндр с всасывающим клапаном с расположенным в них двуступенчатым проточным плунжером с нагнетательным клапаном. Бак с рабочей жидкостью, который через силовой насос, распределитель сообщен с линиями отбора и нагнетания перекачиваемой жидкости соответственно с внутренней и кольцевой полостями насосно-компрессорных труб и линию отбора добываемой жидкости. На линиях отбора и нагнетания перекачиваемой жидкости установлены разделители и датчики давления. Линия нагнетания перекачиваемой жидкости снабжена системой компенсации утечек, имеющей бак и насос утечек.

Недостатком известной установки является его сложная конструкция в части управления глубинным насосом. Кроме того, для приведения в работу установки требуются большие мощности (в установке имеется три привода). Специальные масла и разделитель жидкости, электроконтактные манометры и значительное количество электроаппаратов, приводящих и контролирующих работу электромагнитного привода золотника. Все это усложняет и утяжеляет конструкцию гидропривода глубинного насоса и снижает надежность работы известной установки.

Целью изобретения является повышение надежности работы установки, упрощение конструкции, а также снижение мощности, веса и габаритов привода установки.

Цель достигается тем, что в известной глубинно-насосной установке, содержащей внутреннюю и внешнюю концентрично расположенные насосно-компрессорные трубы с образованием внутренней и кольцевой полостей, в нижней части которых размещен погружной агрегат, имеющий двигательный цилиндр, насосный цилиндр с всасывающим клапаном и расположенный в них двухступенчатый проточной плунжер с нагнетательным клапаном. Бак с рабочей жидкостью, который через силовой насос, распределитель сообщен с линиями отбора и нагнетания соответственно с внутренней и кольцевой полостями насосно-компрессорных труб и линий отбора добываемой жидкости, согласно изобретению, установка снабжена гидромеханическим приводом распределителя (золотника), причем привод включает два цилиндра с подпружиненными ползунами, гидроцилиндр с поршнем и толкатель с прорезью, при этом один из цилиндров и гидроцилиндр расположены оппозитно один другому, а их поршень и ползун соединены штоком, имеющим прорезь, в которой свободно установлен рычажный механизм, состоящий из двух шарнирно соединенных рычагов, один из концов которых шарнирно закреплен на корпусе привода и проходит через прорезь толкателя, а другой шарнирно связан с ползуном второго цилиндра. Плечи рычагов выполнены разной длины. При этом цилиндры снабжены устройствами для регулировки усилия поджатия пружин.

На фиг.1 представлена принципиальная схема глубинно-насосной установки; на фиг.2 и 3 изображен гидромеханический привод с распределителем в правом и левом положениях двухплечих рычагов.

Глубинно-насосная установка состоит из внутренней 1 и внешней 2 концентрично расположенных насосно-компрессорных труб с образованием внутренней 3 и кольцевой 4 полостей. В нижней части насосно-компрессорных труб размещен погружной агрегат 5, имеющий двигатель цилиндр 6, насосный цилиндр 7 с всасывающим клапаном 8 и расположенный в них двухступенчатый проточной плунжер 9 с нагнетательным клапаном 10 и подпоршневой 11 и надпоршневой 12 полостями, бак 13 с рабочей жидкостью, который через силовой насос 14, линию 15 распределитель 16 и гидромеханический привод 17 сообщен с линиями отбора 18 и нагнетания 19 рабочей перекачиваемой жидкости. Линия 18 отбора через обратный клапан 20 сообщена с внутренней полостью 3, а линия 19 нагнетания сообщена с кольцевой полостью 4 насосно-компрессорных труб. Линия 21 отбора добываемой жидкости также сообщена с внутренней полостью 3 насосно-компрессорных труб. Линия 22 сообщена с баком 13 с рабочей жидкостью. Гидромеханический привод 17 выполнен в виде шарнирно соединенных двуплечих рычагов 23, свободно установленных в прорези штока 24, соединенного с поршнем 25 гидроцилиндра 26, и прорези толкателя 27 для управления распределителем 16. Один конец двуплечих рычагов 23 шарнирно закреплен в месте 28 на корпусе гидромеханического привода 17, а другой конец двуплечего рычага 23 шарнирно закреплен на подпружиненном ползуне 29 цилиндра 30. Конец штока 24 гидроцилиндра 26 закреплен на подпружиненном ползуне 31 другого цилиндра 32. Полость гидроцилиндра 26 соединена через линию 33, распределитель 16 и линию 15 с насосом 14. Линия 34 сообщает линию 33 через распределитель 16 с линией 22 и соответственно с баком 13 рабочей жидкости. Плечи двуплечих рычагов 23 выполнены разной длины. В цилиндрах 30 и 32 установлены устройства 35 типа винта для регулировки усилия поджатия пружины 36 и 37. Имеются клапаны 38-40.

Глубинно-насосная установка работает следующим образом.

Силовой насос 14 забирает рабочую жидкость из бака 13 и под давлением подает ее по линии 15 через открытый клапан 39, распределитель 16, который находится в крайнем правом положении, и линию 33 в гидроцилиндр 26, и одновременно по линии 18, внутренней полости 3 в полость 12 двигательного цилиндра 6. Под воздействием жидкости двухступенчатый плунжер 9 опускается вниз. Через нагнетательный клапан 10 добываемая жидкость поступает в надпоршневую полость 12 при закрытом всасывающем клапане 8. В этот момент рабочая жидкость из полости 11, через кольцевую полость 4, линию 19, распределитель 16 и линию 22 сливается в бак 13. При подходе двухступенчатого плунжера 9 в крайнее нижнее положение одновременно поршень 25 гидроцилиндра 26 перемещается в крайнее левое положение в гидравлической линии 33, как и в линии 18, конструктивно сообщенных между собой, поднимается давление рабочей жидкости подпираемой насосом 14.

Увеличивающееся давление рабочей жидкости воздействует на поршень 25, последний, преодолевая отрегулированное усилие пружины 32, через шток 24 воздействует на двуплечие рычаги 23, тем самым перемещая их справа налево. При перемещении двуплечих рычагов 23 они через ползун 29 сжимают пружину 37 до установки двуплечих рычагов 23 в одну вертикальную линию, при дальнейшем перемещении поршня 25 и связанного с ним штока 24 справа налево, над возрастающим давлением рабочей жидкости в гидравлических линиях 18 и 33, двуплечие рычаги, выведенные из состояния равновесия перемещающимся штоком 24, под воздействием сжатой пружины 37 начинают независимо от дальнейшего изменения давления рабочей жидкости в линиях 18 и 33 перемещаться в левую сторону вследствие наличия в штоке 24 прорези. Двуплечие рычаги 23, перемещаясь влево под воздействием ранее сжатой регулируемой усилием пружины 37, перемещают своей нижней частью толкатель 27 распределителя 16 в крайнее левое положение уже независимо от изменения давления рабочей жидкости в линиях 18 и 33, тем самым переключая распределитель 16. После переключения распределителя 16 в линиях 18 и 33 через распределитель 16 давление рабочей жидкости стравливается в бак 13 через линию 33 и 34, 22 и открытый клапан 38, а в линии 19 через линию 15, распределитель 16, давление рабочей жидкости под воздействием насоса 14 поднимается и передается по кольцевому пространству 4 в подпоршневую полость 11. Повышаемое в ней давление рабочей жидкости воздействует на двухступенчатый плунжер 9 и начинает его перемещать в верхнее положение. Перемещаемый вверх двухступенчатый плунжер 9 при закрытом в нем нагнетательном клапане 10 вытесняет имеющуюся над ним добываемую жидкость, последняя через открытый клапан 10 и закрытый клапан 20 истекает в линию 21 сбора, а новая порция добываемой жидкости через открывшийся всасывающий клапан 8 поступает в полость цилиндра насоса 7. При упоре двухступенчатого плунжера 9 вверх давление добываемой жидкости, истекаемой через линию 21 и 40, начинает падать. В линиях 33 и 18, а также в гидроцилиндре 26 убываемое давление рабочей жидкости перестает поддерживаться и быстро идет к минимуму, при этом сжатая пружина 36 через шток 24 и поршень 25 при значительно снизившемся давлении начинает перемещать шток 24 в крайнее правое положение.

Перемещаемый шток 24 левой оконечностью своей прорези начинает одновременно перемещать и двуплечие рычаги 23 из крайнего левого положения вправо. Перемещаемые двуплечие рычаги 23 через ползун 29 снова сжимают пружину 37 до перемещения двуплечих рычагов 23 в вертикальное положение, при этом за счет прорези в толкателе 27 он остается неподвижен, и только при дальнейшем перемещении вправо штока 24 под воздействием пружины 36 двуплечие рычаги 23 выходят из равновесного вертикального положения и под действием сжатой пружины 37, уже независимо от штока 24, вследствие наличия в нем прорези продолжают перемещаться в правое положение и в это же время перемещают толкатель 27 в крайнее правое положение. Последний переключает распределитель 16 в начальное положение и цикл повторяется, т.е. производится закачка рабочей жидкости из бака 13 в двигательный цилиндр 6.

Выполнение плеч разной длины в двуплечих рычагах 23 позволяет обеспечить надежное переключение распределителя 16, т.е. соединить одни линии подачи рабочей жидкости с другими линиями, в тот момент, когда поршень гидроцилиндра 26 займет крайнее левое положение, путем сжатия пружины 37 двуплечими рычагами 23 и под воздействием этой пружины 37 переместить рычаги 23 в правое или левое положение, тем самым устранить "мертвое положение" двуплечих рычагов в прорезях толкателей 24 и 27 (в момент вертикального положения двуплечих рычагов) и переключить распределитель 16 длинным плечом при нахождении шарнирного соединения рычагов в крайних положениях поршня гидроцилиндра 26. В этом случае распределитель освобождается от зависания и надежно перемещается в крайнее положение независимо от незначительных колебаний давлений рабочей жидкости в системе.

Установка работает в автоматическом режиме.

Использование: в нефтяной промышленности. Сущность изобретения: внутренняя и внешняя насосно-компрессорные трубы расположены концентрично с образованием внутренней и кольцевой полостей, в нижней части которых размещен погружной агрегат. Агрегат имеет двигательный и насосный с всасывающим клапаном цилиндры с расположенным в них двухступенчатым проточным плунжером с нагнетательным клапаном. Бак с приводной рабочей жидкостью через силовой насос и распределитель сообщен с линиями отбора и нагнетания приводной рабочей жидкости соответственно с внутренней и кольцевой полостями и линию отбора добываемой жидкости. Гидромеханический привод распределителя содержит два цилиндра с подпружиненными ползунами, гидроцилиндр с поршнем и толкатель с прорезью. Один цилиндр и гидроцилиндр расположены оппозитно один другому, их поршень и ползун соединены штоком, имеющим прорезь, в которой свободно установлен рычажный механизм, состоящий из двух шарнирно соединенных рычагов. Один конец рычагов шарнирно закреплен на корпусе привода и проходит через прорезь толкателя, другой шарнирно связан с ползуном второго цилиндра. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ГЛУБИННО-НАСОСНАЯ УСТАНОВКА, содержащая внутреннюю и внешнюю концентрично расположенные насосно-компрессорные трубы с образованием внутренней и кольцевой полостей, в нижней части которых размещен погружной агрегат, имеющий двигательный и насосный с всасывающим клапаном цилиндры с расположенным в них двухступенчатым проточным плунжером с нагнетательным клапаном, бак с приводной рабочей жидкостью, который через силовой насос и распределитель сообщен с линиями отбора и нагнетания приводной рабочей жидкости соответственно с внутренней и кольцевой полостями насосно-компрессорных труб, и линию отбора добываемой жидкости, отличающаяся тем, что она снабжена гидромеханическим приводом распределителя, включающим два цилиндра с подпружиненными ползунами, гидроцилиндр с поршнем и толкатель с прорезью, при этом один из цилиндров и гидроцилиндр расположены оппозитно один другому, а их поршень и ползун соединены штоком, имеющим прорезь, в которой свободно установлен рычажный механизм, состоящий из двух шарнирно соединенных рычагов, один из концов которых шарнирно закреплен на корпусе привода и проходит через прорезь толкателя, а другой шарнирно связан с ползуном другого цилиндра. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что плечи рычагов выполнены разной длины. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что цилиндры снабжены устройствами для регулировки усилия поджатия пружин.