ПРИВОД НАСОСНОЙ СКВАЖИННОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1999 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, предназначенным для подъема жидкостей с больших глубин, и может быть использовано для приведения в действие двух штанговых глубинных насосов, установленных на скважинах.

Известен групповой гидропривод штанговых глубинных насосов, содержащий гидроцилиндры, штоковые полости которых сообщены между собой, а бесштоковые - с силовым насосом через управляемый распределитель (авторское свидетельство СССР 800419 М.Кл³ F 04 B 47/00).

Такой привод можно использовать только на скважинах, у которых нагрузки в точке подвеса штанг одинаковы, и уравновешивают друг друга.

При нарушении равновесия, усилия развиваемого давлением жидкости из штоковой полости цилиндра с меньшей нагрузкой, будет недостаточно для подъема плунжера и связанной с ним колонны штанг более нагруженной скважины.

Известен другой групповой привод скважинных, штанговых насосов, содержащий приводные цилиндры, штоковые и бесштоковые полости которых разделены поршнем со штоком, имеющим узел соединения с колонной штанг, и гидравлическую систему, включающую в себя силовой насос, управляемый гидрораспределитель, доуравновешивающее устройство в виде пневмогидроаккумулятора. авторское свидетельство СССР 1174594 М. Кл. F 04 B 47/00, 1985).

Такой групповой привод благодаря доуравновешивающему устройству, позволяет создать дополнительное доуравновешивающее усилие, обеспечивая подпор рабочей жидкости на силовой насос от приводного цилиндра с меньшей нагрузкой, равный подпору от приводного цилиндра с большей нагрузкой.

Однако создание такого дополнительного подпора увеличивает нагрузку на силовой насос, повышает энергозатраты и повышает требования к уплотнительным узлам и другим элементам гидравлической системы и таким образом снижает надежность привода.

Задачей изобретения является создание привода насосной скважинной установки из двух насосов, имеющего более высокую надежность, и меньшие энергозатраты при эксплуатации в случае, когда вес колонн штанг на скважинах различен и они не полностью уравновешивают друг друга. Для решения поставленной задачи усовершенствует привод насосной скважинной установки, содержащий два приводных цилиндра, штоковые и бесштоковые полости каждого из которых разделены поршнем со штоком, имеющим узел соединения с колонной штанг, и гидравлическую систему, включающую в себя силовой насос, гидрораспределитель пневмогидроаккумулятор, управляемые вентили.

Это усовершенствование состоит в том, что пневмогидроаккумулятор выполнен в виде тандемного цилиндра со штоком с закрепленными на его концах поршнями, и двумя гидравлическими штоковыми полостями, каждая из которых через управляемые вентили соединена со штоковыми полостями приводных цилиндров и гидрораспределителем, при этом бесштоковые полости приводных цилиндров через гидрораспределитель соединены с силовым насосом и сливом.

Выполнение пневмогидроаккумулятора в виде тандемного цилиндра, на концах штока которого закреплены поршни, позволяет получить две гидравлические полости, давление рабочей жидкости в которых может быть одинаковым (при уравновешенности обеих скважин) и разным (при нарушении равновесия) за счет создания давления в газовой полости пневмогидроаккумулятора.

Соединение гидравлических полостей пневмогидроаккумулятора через управляемые вентили со штоковыми полостями приводных цилиндров позволяет при работе привода создать в штоковых полостях приводных цилиндров требуемое (одинаковое или разное) давление жидкости (в зависимости от нагрузки на скважинах) при постоянном давлении, создаваемом силовым насосом. Соединение бесштоковых полостей приводных цилиндров через распределитель с силовым насосом и сливом обеспечивает поочередную подачу и слив жидкости из бесштоковой полости соответствующего приводного цилиндра, что необходимо для перемещения штоков этих цилиндров в противофазе при противофазе при работе привода.

Изобретение поясняется чертежом, где изображена принципиальная гидравлическая схема привода насосной скважинной установки.

Привод насосной скважинной установки содержит два приводных цилиндра 1 и 2, штоковые 3; 3' и бесштоковые 4; 4', полости каждого из которых разделены поршнями 5; 5', связанными посредством штоков 6; 6', соединяемые при монтаже на скважине с колонной штанг (не показаны), и гидравлическую систему, включающую в себя силовой насос 7, управляемый гидрораспределитель 8, управляемые вентили 9-16, пневмогидроаккумулятор 17.

Пневмогидроаккумулятор 17 выполнен в виде тандемного цилиндра с перемычкой 18. Сквозь отверстие 18 в перемычке 18' проходит шток 19 с поршнями 20 и 21 на его концах с образованием двух штоковых гидравлических полостей 22 и 23, каждая из которых трубопроводами 24 - 27 через управляемые вентили 10,11 и 14,15 соединена со штоковыми полостями 3 и 3' цилиндров 1 и 2. Газовая полость 28 пневмогидроаккумулятора 17 соединена с емкостью со сжатым газом (на чертеже не показана).

Бесштоковые полости 4 и 4' приводных цилиндров 1 и 2 трубопроводами 29 и 30 с вентилями 9 и 13 через управляемый гидрораспределитель 8 соединены с силовым насосом 7 и сливом 31.

Гидрораспределитель 8 в правом (по чертежу) положении обеспечивает соединение бесштоковой полости 4 цилиндра 1 с насосом 7, а бесштоковой полости 4' цилиндра 2 - со сливом 31.

Другое, левое (по чертежу) положение гидрораспределителя 8 обеспечивает соединение бесштоковой полости 4' цилиндра 2 с насосом 7, а бесштоковой полости 4 цилиндра 1 - со сливом 31.

Работа привода происходит следующим образом.

Перед началом работы шток 6 и поршень 5 цилиндра 1 находятся в верхнем положении. Гидрораспределитель 8 установлен в правое (по чертежу) положение.

В случае, если вес штанговых колонн обеих скважин взаимно уравновешен и нагрузку на приводные цилиндры 1 и 2 равны, в газовой полости 28 пневмогидроаккумулятора давление, равное атмосферному, управляемые вентили 9, 10, 13, 15 открыты, 11, 12, 14, 16 закрыты. От насоса 7 рабочая жидкость под давлением через гидрораспределитель 8 по трубопроводу 29 подается в бесштоковую полость 4 цилиндра 1, поршень 5 под действием давления жидкости движется вниз вместе со штоком 6 колонной штанг и плунжером первого сважинного насоса (не показаны).

При этом жидкость из штоковой полости 3 цилиндра 1 по трубопроводу 25 через открытый вентиль 10 поступает в гидравлическую полость 22 пневмогидроаккумулятора 17, перемещает вверх поршень 20 и, связанный с ним посредством штока 19, поршень 21, вытесняя жидкость из полости 23 по трубопроводу 26 через вентиль 15 в штоковую полость 3' цилиндра 2. Поршень 5' цилиндра 2 движется вверх вместе со штоком 6' и колонной штанг второго скважинного насоса (не показан). Рабочая жидкость из бесштоковой полости 4' по трубопроводу 30 через открытый вентиль 13 и гидрораспределитель 8 вытесняется на слив 31. При достижении поршнем 5 крайнего нижнего положения срабатывает переключатель (не показан), переводя гидрораспределитель 8 в левое (по чертежу) положение, при этом в работу включается правая половина гидрораспределителя 8.

Происходит реверс привода.

Жидкость от насоса 7 по трубопроводу 30 поступает в бесштоковую полость 4' цилиндра 2, перемещая поршень 5' вместе со штоком 6' и колонной штанг второго скважинного насоса (не показан). Жидкость из штоковой полости 3' по трубопроводу 26 через вентиль 15 поступает в гидравлическую полость 23 пневмогидроаккумулятора 17, перемещая вниз поршень 21 и связанный с ним поршень 20, который вытесняет жидкость из полости 22 по трубопроводу 25 через вентиль 10 штоковую полость 3 цилиндра 1.

Поршень 5 движется вверх вместе со штоком 6 и колонной штанг первого скважинного насоса. Из бесштоковой полости 4 цилиндра 1 по трубопроводу 29 рабочая жидкость через открытый вентиль 9 и гидрораспределитель 8 поступает на слив 31. При достижении поршнем 5 крайнего верхнего положения срабатывает переключатель, переводя гидрораспределитель 8 в правое (по чертежу) положение, раверсируя привод. После реверса привода рабочий цикл повторяется.

В случае работы привода, когда вес колонн штанг различен и они не полностью уравновешивают друг друга, нагрузки в точке полвеса колонн штанг к штокам 6 и 6' приводных цилиндров 1 и 2 различны. Например, на приводном цилиндре 2 нагрузка больше, чем на цилиндре 1 (G₁ < G₂).

Управляемые вентили 9-16 находятся в положении, описанном выше, в газовой полости 28 пневмогидроаккумулятора 17 создается давление
P₃ = P₂ - P₁,
где

где
G₁ - нагрузка в точке подвеса колонны штанг, связанных со штоком 6 цилиндра 1;
G₂ -нагрузка в точке подвеса колонны штанг, связанных со штоком 6' цилиндра 2;
S_ц - площадь поперечного сечения цилиндра;
P₃ - давление газа в полости 28;
S_ш - площадь поперечного сечения штока;
P₁ - давление рабочей жидкости в полости 22;
P₂ - давление рабочей жидкости в полости 23.

В гидравлических полостях 22 и 23 пневмогидроаккумулятора 17 за счет P₃ в полости 28 создается разное давление P₂ = P₁+P₃, что и обеспечивает уравновешивание нагрузки на поршни 5 и 5'.

Работа привода происходит аналогично описанной выше.

В случае, когда на приводном цилиндре 1 нагрузка больше, чем на цилиндре 2 (G₁ > G₂) управляемые вентили 9, 11, 13, 14 открыты, а 10, 12, 15, 16 закрыты.

Таким образом, штоковая полость 3 цилиндра 1 сообщена с гидравлической полостью 23, а штоковая полость 3' цилиндра 2 - с гидравлической полостью 29 пневмогидроаккумулятора 17. В полости 28 последнего создается давление
P₃ = P₂-P₁,
где

(см. экспликацию выше).

В остальном работа привода происходит аналогично описанной выше.

В случае остановки работ на одной из скважин привод обеспечивает работу другой скважины в одиночном режиме.

Например, работает левая (по чертежу) часть привода с гидроцилиндром. Вентили 9, 11, 16 открыты, а 10 - 15 закрыты. Гидрораспределитель находится в правом (по чертежу) положении и обеспечивает соединение трубопроводом 29 бесштоковой полости 4 цилиндра 1 с насосом, а гидравлической полости 22 пневмогидроаккумулятора 17 трубопроводом 30 через вентиль 16 и гидрораспределитель 8 со сливом 31.

Другое положение гидрораспределителя 8 обеспечивает соединение полости 4 со сливом 31, а гидравлической полости 22 пневмогидроаккумулятора 17 - с насосом 7.

Перед началом работ шток 6 и поршень 5 цилиндра 1 и поршни 20 и 21 пневмогидроаккумулятора 17 находятся в верхнем (по чертежу) положении.

В полости 28 пневмогидроаккумулятора 17 создается давление P₃ для уравновешивания нагрузки в точке подвеса колонны штанг. Рабочая жидкость от насоса 7 через гидрораспределитель 8 по трубопроводу 29 через вентиль 9 поступает в полость 4 цилиндра 1 и перемещает вниз поршень 5 со штоком 6.

Жидкость из полости 3 цилиндра 1 по трубопроводу 24 через вентиль 11 перетекает в полость 23 пневмогидроаккумулятора 17, оказывая давление на поршень 21, который движется вниз и тянет за собой поршень 20, который в свою очередь вытесняет жидкость из полости 22 по трубопроводу 30 через вентиль 16 и гидрораспределитель 8 на слив 31. При достижении штоком 6 крайнего нижнего положения срабатывает переключатель (не показан), переводя гидрораспределитель 8 в левое (по чертежу) положение, при этом в работу включается правая половина гидрораспределителя 8. Рабочая жидкость от насоса 7 через гидрораспределитель 8 по трубопроводу 30 через вентиль 16 поступает в полость 22 пневмоаккумулятора 17, поршень 20 поднимается и через шток 19 тянет за собой поршень 21, который, поднимаясь, вытесняет рабочую жидкость из полости 23 по трубопроводу 24 через вентиль 11 в штоковую полость 3 цилиндра 1. Под давлением этой жидкости поршень 5 цилиндра 1 поднимается и тянет за собой шток 6 и колонну штанг скважинного насоса, а жидкость из полости 4 цилиндра 1 по трубопроводу 29 через вентиль 9 и гидрораспределитель 8 вытесняется на слив 31.

При достижении штоком 6 крайнего верхнего положения срабатывает переключатель (не показан), переводя гидрораспределитель 8 в правое (по чертежу) положение и цикл работы привода повторяется.

Предложенная конструкция привода обеспечивает работу установки с двумя скважинными насосами независимо от их взаимной неуравновешенности, а также работу при отключении одного скважинного насоса при неизменном режиме работы силового насоса и его привода.

Привод насосной скважинной установки предназначен для приведения в действие двух штанговых глубинных насосов. Пневмогидроаккумулятор 17 выполнен в виде тандемного цилиндра со штоком 19 с закрепленными на его концах поршнями 20 и 21 и двумя гидравлическими полостями 22 и 23, каждая из которых соединена со штоковыми полостями 3, 3' приводных цилиндров 1 и 2. Давление рабочей жидкости в полостях 22 и 23 и в полостях 3 и 3' может быть одинаковым (при уравновешенности обеих скважин) и разным (при нарушении равновесия) за счет создания давления в полости 28 пневмогидроаккумулятора 17. Это обеспечивает работу скважинных насосов при уравновешенности нагрузки, при нарушении равновесия, а также при работе одного из двух насосов. 1 ил.

Привод насосной скважинной установки, содержащий два приводных цилиндра, штоковые и бесштоковые полости которых разделены поршнем с штоком, имеющим узел соединения с колонной штанг, и гидравлическую систему, включающую в себя силовой насос, гидрораспределитель, пневмогидроаккумулятор, управляемые вентили, отличающийся тем, что пневмогидроаккумулятор выполнен в виде тандемного цилиндра с штоком с закрепленными на его концах поршнями и двумя гидравлическими штоковыми полостями, каждая из которых через управляемые вентили соединена с штоками полостями приводных цилиндров, при этом бесштоковые полости приводных цилиндров через распределитель соединены с силовым насосом и сливом.