ГИДРОПРИВОДНАЯ ГЛУБИННО-НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано, в частности, при глубинно-насосной добыче нефти.

Известна гидроприводная глубинно-насосная установка, содержащая коаксиально и вертикально установленные на трубной раме основания и жестко соединенные между собой гидроприводной и пневмоуравновешивающий цилиндры, в которых соосно расположены соответственно поршень гидропривода и поршень пневмокомпенсатора, последний из которых жестко соединен через поршень гидропривода со штоком колонны штанг. В трубной раме выполнена полость, подключенная к пневмоуравновешивающему цилиндру и сообщенная с источником сжатого воздуха, полости гидроприводного цилиндра над и под поршнем связаны через входной и выходной каналы и распределитель с силовым насосом гидропривода и с линией сброса.

Известная установка обладает следующими недостатками. В гидросистеме установки отсутствует аварийная защита. При нарушении рабочего режима гидроприводного цилиндра это приводит к перегреву масла и выходу из строя электродвигателя и силового насоса и аварийным простоям установки. При этом выполнение и размещение гидроприводного цилиндра, а также изолирование смежных полостей гидроприводного и пневмоуравновешивающего цилиндров описанным выше образом усложняет конструкцию установки, нетехнологично и трудоемко при ее изготовлении и обслуживании.

Задача изобретения состоит в устранении указанных недостатков, в частности выхода из строя установки, а также упрощении ее конструктивного исполнения, обусловливающим технологичность и меньшую трудоемкость при изготовлении и обслуживании.

Для этого установка, содержащая установленные на основании и жестко соединенные между собой гидроприводной и пневмоуравновешивающие цилиндры, в которых расположены соответственно поршень гидропривода и плунжерный поршень пневмокомпенсатора, соединенные со штоком колонны штанг, при этом пневмоуравновешивающий цилиндр сообщен с ресиверной полостью и источником сжатого воздуха, а полости гидроприводного цилиндра над и под поршнем связаны через входной и выходной каналы и распределитель с силовым насосом гидропривода и с линией сброса, снабжена блоком аварийной защиты, установленным в входном канале гидропривода цилиндра и выполненным в виде гидрозолотника с двумя рабочими полостями, в которых размещены бесштоковые свободно плавающие плунжеры, при этом полости гидрозолотника над и под плунжерами связаны через дроссели и обратные клапаны с полостями гидроприводного цилиндра соответственно над и под поршнем и имеют смещенные относительно друг друга выходные каналы, связанные с линией сброса.

Установка содержит второй пневмоуравновешивающий цилиндр, при этом оба пневмоуравновешивающих цилиндра установлены симметрично по обе стороны гидроприводного цилиндра и размещены в ресиверных полостях, связанных замкнутым контуром пневмолиний между собой и с источником сжатого воздуха, а поршни гидроприводного и уравновешивающих цилиндров связаны между собой траверсой.

Предлагаемая установка представлена на чертеже.

Установка содержит основание 1, на котором установлены гидроприводной цилиндр 2 и размещенные симметрично по его обе стороны и жестко связанные с ними два пневмоуравновешивающих цилиндра 3 и 4. В цилиндрах 2, 3 и 4 расположены соответственно поршни 5, 6 и 7, штоки которых в верхней части соединены траверсой 8, а поршень 5 в нижней части соединен с штоком 9 колонны штанг (не показаны).

Пневмоуравновешивающие цилиндры 3 и 4 встроены соответственно в ресиверные полости 10 и 11 и связаны между собой пневмолиниями 12 и 13, а с источником сжатого воздуха пневмолинией 14 через клапан 15. Полости гидроприводного цилиндра 2 над и под поршнем 5 связаны через входной 16 и выходной 17 каналы и распределитель 18 с силовым насосом 19, имеющим приводной двигатель 20, и с линией сброса 21.

Блок 22 аварийной защиты установлен в входной линии 16 гидроприводного цилиндра 2 и выполнен в виде гидрозолотника 23, имеющего рабочие полости 24 и 25, в которых размещены бесштоковые плунжеры 26 и 27. Полости 24 и 25 над и под плунжерами 26 и 27 связаны через дроссели 28 и 29 и обратные клапаны 30 и 31 с соответствующими полостями над и под поршнем 5 гидроприводного цилиндра 2 и имеют смещенные относительно друг друга выходные каналы 32 и 31, которые связаны с линией сброса 34 в гидробак 35. Установка оснащена механизмом реверса 36, связывающим распределитель 18 со штоком поршня 5 гидроприводного цилиндра 2. Имеется также гидролиния 37 подпитки кольцевых гидроуплотнений 38 плунжерных поршней 6 и 7, связанная через редукционный и обратный клапаны 39 и 40 с силовым гидронасосом 19.

Гидроприводная глубинно-насосная установка работает следующим образом.

Перед запуском и при необходимости во время работы установка балансируется путем создания в пневмоуравновешивающих цилиндрах 3 и 4 и в ресиверных полостях 10 и 11 давления газа, необходимого для уравновешивания, например 75%-ной нагрузки на штоке 9 колонны штанг при ходе вверх. При включении установки в работу в начальный период взаимосвязанные поршни 5, 6 и 7 гидроприводного 2 и пневмоуравновешивающих 3 и 4 цилиндров находятся в крайнем нижнем положении. Плунжеры 26 и 27 в полостях 24 и 25 гидрозолотника 23 занимают исходное крайнее левое положение. Рабочая жидкость от силового насоса 19 через распределитель 18 подается по входной линии 16 в подпоршневую полость гидроприводного цилиндра 2 и одновременно к гидрозолотнику 23, создавая усилие на поршне 5, которое в сумме с уравновешивающим усилием от пневмоуравновешивающих цилиндров 3 и 4 будет достаточным для того, чтобы взаимосвязанные поршни 5, 6 и 7 и соединенная с ними через шток 9 колонна штанг с рабочим органом глубинного насоса перемещались вверх. Через открытый обратный клапан 31 под действием давления рабочей жидкости начинается перемещение плунжеров 26 и 27 в полостях 24 и 25 гидрозолотника. При этом выходная магистраль 17 открыта для плунжера 26, а для плунжера 27 закрыта клапаном 30, и слив жидкости осуществляется через дроссель 28. Предварительно проходное сечение дросселя 28 настраивают таким образом, чтобы скорость перемещения плунжера 27 была меньше скорости перемещения плунжера 26 и поршня 5. При достижении плунжером 26 крайнего правого положения он перекрывает выходной канал 32 полости 24, а плунжер 27, перемещаясь с меньшей скоростью, в это время перекрывает канал 33 полости 25. В это же время поршни 5, 6 и 7 перемещаются в крайнее верхнее положение, увлекая за собой вверх шток 9 колонны штанг, при этом жидкость из надпоршневого пространства вытесняется через выходную магистраль 17 и распределитель 18 в гидробак 35. При достижении поршнем 5 крайнего верхнего положения механизм реверса 36 переключает распределитель 18 на изменение направления потока рабочей жидкости. По магистрали 17 рабочая жидкость начинает поступать в подпоршневую полость гидроцилиндра 2 и в правую часть полостей 24 и 25. При этом выходная магистраль 17 открыта для плунжера 27 и закрыта для плунжера 26 клапаном 31, а слив жидкости осуществляется через дроссель 29, проходное сечение которого настраивают таким образом, чтобы скорость перемещения влево плунжера 26 была меньше скорости перемещения плунжера 27 и поршня 5. При достижении плунжером 27 крайнего левого положения он перекрывает канал 33 полости 25, а плунжер 26, перемещаясь с меньшей скоростью, в это время перекрывает канал 32 полости 24. При этом взаимосвязанные поршни 5, 6 и 7 перемещаются в крайнее нижнее положение, перемещая соответственно вниз шток 9 штанг. В это время жидкость через дроссель 29 из полости 24, а также из подпоршневой полости гидроцилиндра 2 поступает в выходную магистраль 16. При достижении поршнем 5 крайнего положения механизма реверса 36 вновь переключает распределитель 18 на изменение направления потока жидкости. Далее процесс повторяется.

Блок аварийной защиты работает следующим образом.

В случае, когда происходит нарушение рабочего режима гидроприводного цилиндра 2 и поршень 5 не достигает одного из своих крайних положений, фиксируется аварийная ситуация. При этом перемещение одного из плунжеров 26 или 27, в зависимости от положения распределителя 18, продолжается с более медленной скоростью, чем другого до крайнего положения в одной из полостей 24 и 25. Тогда открывается один из каналов 32 или 33 и рабочая жидкость с помощью насоса 19 по линии сброса 34 направляется в гидробак 35.

Уравновешенность установки определяется в процессе эксплуатации по нагрузкам на гидропривод, которые при подъеме и опускании колонны штанг должны быть равны. В случае различия нагрузок осуществляется доуравновешивание установки путем изменения давления газа в пневмоуравновешивающих цилиндрах 3 и 4 и сообщенных с ними ресиверных полостях 12 и 13 в необходимую сторону при помощи, например, редукционного клапана 15 в линии 14 источника сжатого воздуха, что приводит к перераспределению нагрузок между пневмоуравновешивающими цилиндрами 3 и 4 и гидроприводным цилиндром 2.

Использование изобретения позволит устранить случаи выхода из строя установки и уменьшить трудоемкость и затраты на ее обслуживание.

Использование: при нефтедобыче, в частности при глубинно-насосной добыче нефти. Сущность: гидроприводная глубинно-насосная установка содержит жестко соединенные между собой гидроприводной и пневмоуравновешивающий цилиндры с поршнями, соединенными с штоком колонны штанг. Пневмоуравновешивающий цилиндр сообщен с реверсивной полостью и с источником сжатого воздуха, а полости гидроприводного цилиндра связаны через входной и выходной каналы и распределитель с силовым насосом и линией сброса. Установка снабжена блоком аварийной защиты, установленным в входном канале гидроприводного цилиндра и выполненным в виде гидрозолотника с двумя рабочими полостями, в которых размещены бесштоковые свободно плавающие плунжеры, при этом полости гидрозолотника над плунжерами связаны через дроссели и обратные клапаны с полостями гидроприводного цилиндра соответственно над и под поршнем и имеют смещенные относительно друг друга выходные каналы, связанные с линией сброса. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гидроприводная глубинно-насосная установка, содержащая установленные на основании и жестко соединенные между собой гидроприводной и пневмоуравновешивающий цилиндры, в которых расположены соответственно поршень гидропривода и поршень пневмокомпенсатора, соединенные со штоком колонны штанг, при этом пневмоуравновешивающий цилиндр сообщен с ресиверной полостью и с источником сжатого воздуха, а полости гидроприводного цилиндра над и под поршнем связаны через входной и выходной каналы и распределитель с силовым насосом гидропривода и с линией сброса, отличающаяся тем, что она снабжена блоком аварийной защиты, установленным во входном канале гидроприводного цилиндра и выполненным в виде гидрозолотника с двумя рабочими полостями, в которых размещены бесштоковые свободно плавающие плунжеры, при этом полости гидрозолотника над и под плунжерами связаны через дроссели и обратные клапаны с полостями гидроприводного цилиндра соответственно над и под поршнем и имеют смещенные относительно друг друга выходные каналы, связанные с линией сброса. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит второй пневмоуравновешивающий цилиндр, при этом оба пневмоуравновешивающих цилиндра установлены симметрично по обе стороны гидроприводного цилиндра и встроены в ресиверные полости, связанные замкнутым контуром пневмолиний между собой и с источником сжатого воздуха, а поршни гидроприводного и пневмоуравновешивающих цилиндров связаны между собой траверсой.