СПОСОБ ПЕРЕКАЧКИ ГАЗА И ГАЗОЖИДКОСТНЫХ СМЕСЕЙ ПОРШНЕВЫМ НАСОСОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F04B23/06 F04B19/06 

Изобретение относится к способам нагнетания газа и газожидкостной смеси поршневым насосом, в частности, для бурения, освоения скважин и добычи нефти.

Известен способ нагнетания газожидкостной смеси поршневым насосом и устройство для его осуществления, содержащее рабочую камеру с всасывающим и нагнетательным клапанами, при котором газожидкостную смесь с заданным избыточным давлением вводят непосредственно в рабочую камеру поршневого насоса (Авторское свидетельство 714044, М. кл. F 04 B 23/10. Опубл. 05.02.80, бюл. N 5.).

Недостатком известного способа является необходимость применения дополнительных камер и усложненной конструкции поршневого насоса, а также использования дополнительного оборудования для создания подпора жидкости на входе в насос.

Целью изобретения является устранение названных недостатков за счет упрощения конструкции, снижения металлоемкости, повышения надежности работы.

Поставленная цель достигается тем, что способ перекачки газа и газожидкостных смесей поршневым насосом, содержащим рабочие камеры с всасывающими и нагнетательными клапанами, путем ввода газа или газожидкостной смеси по крайней мере в одну рабочую камеру под избыточным давлением в период выполнения насосом такта всасывания с обеспечением подачи жидкости в эту рабочую камеру, причем подача жидкости в рабочую камеру осуществляется непрерывно в ходе такта всасывания и такта сжатия газа под давлением, изменяющимся на протяжении названных тактов от давления вводимого в рабочую камеру газа или газожидкостной смеси до давления на выходе насоса по постоянно открытому гидравлическому каналу из зоны на выходе нагнетательного клапана рабочей камеры, через которую ведется перекачка жидкости. Подача газожидкостной смеси или газа в рабочую камеру осуществляется с использованием эжекционного эффекта в гидравлическом канале при взаимодействии жидкости с газожидкостной смесью или газом.

Указанный способ может быть осуществлен устройством новой конструкции, в частности насосом с клапанным распределением, имеющим следующие существенные отличия.

Рабочая камера, заполняемая газожидкостной смесью или газом, постоянно сообщается с рабочей камерой, заполняемой жидкостью через гидравлический канал, на котором установлен дроссель с регулируемым гидравлическим сопротивлением, выполненным, например, в виде сопла, а часть гидравлического канала между соплом и рабочей камерой, заполненной газожидкостной смесью или газом, выполнена в виде камеры смешения, у которой в зоне сопла выполнен подводящий канал от источника газожидкостной смеси или газа.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена схема устройства для осуществления способа перекачки газа или газожидкостных смесей поршневым насосом.

Устройство содержит поршневой насос, содержащий рабочие камеры, заполняемую газом или газожидкостной смесью 1 и заполняемую жидкостью 2, поршень 3, всасывающие 4, 5 и обратный 6 клапаны, нагнетательные 7, 8 клапаны, гидравлический канал 9, соединяющий рабочие камеры 1, 2, источник газа или газожидкостной смеси 10 и источник жидкости 11, нагнетательный коллектор 12.

На гидравлическом канале 9 установлен дроссель, например, в виде сопла 13, регулирующий расход жидкости. Часть гидравлического канала между соплом 13 и рабочей камерой 1 выполнена в виде камеры смешения 14, которая сообщается с источником газа или газожидкостной смеси 10. Для регулирования площади проходного сечения сопла 13 предусмотрена коническая игла 15, подвижная в осевом направлении за счет винтовой пары.

Устройство работает следующим образом.

При выполнении насосом такта всасывания газ или газожидкостная смесь из источника 10 через обратный клапан 6 с заданным избыточным давлением поступает в камеру смешения 14 и далее в рабочую камеру 1. Жидкость поступает из рабочей камеры 2 через нагнетательный клапан 7 в нагнетательный коллектор 12 и частично в гидравлический канал 9. При взаимодействии струи жидкости из сопла 13 с газом или газожидкостной смесью от источника 10 в камере смешения 14 реализуется эффект эжекции, позволяющий увеличить количество газа или газожидкостной смеси, которые затем поступают в рабочую камеру 1. При изменении направления движения поршня 3 и выполнении насосом такта сжатия газа в рабочей камере 1 жидкость через всасывающий клапан 4 поступает в рабочую камеру 2. В момент, когда давление в рабочей камере 1 и в коллекторе 12 выравняется, такт сжатия заканчивается и начинается такт вытеснения. Клапан 8 открывается и через него газ или газожидкостная смесь вытесняется в коллектор 12. При достижении поршнем 3 крайнего левого положения такт вытеснения заканчивается и рабочий цикл повторяется.

Подача жидкости через гидравлический канал 9 в рабочую камеру 1 осуществляется непрерывно и в ходе такта всасывания, и в ходе такта сжатия газа или газожидкостной смеси, так как давление в рабочей камере 1 остается ниже давления в коллекторе 12. Тем самым удается продлить отрезок времени, на протяжении которого реализуется эффект эжектирования, что способствует увеличению производительности по перекачке газа или газожидкостной смеси.

В конце такта сжатия клапан 6 переходит в закрытое состояние, а камера смешения 14 заполняется жидкостью, вытесняя остаток газа в рабочую камеру 1, обеспечивая тем самым увеличение производительности предлагаемого устройства за счет ослабления влияния мертвого пространства. Таким образом, в конце такта сжатия и в период такта нагнетания, мертвое пространство рабочей камеры 1 будет заполнено жидкостью, а не газом.

Так как газ или газожидкостная смесь поступает в рабочую камеру 1 под избыточным давлением, всасывающий клапан 5 находится в закрытом состоянии.

Регулировка расхода жидкости через дроссель 13 обеспечивается, например, за счет изменения площади сечения проходного канала с помощью конической иглы 15, перемещающейся в осевом направлении посредством винтовой пары.

В сравнении с известным решением по А.С. N 714044 в данной конструкции отсутствует клапан на линии подачи жидкости в рабочую камеру, заполняемую газом или газожидкостной смесью. Тем самым уменьшено количество быстроизнашивающихся деталей с обеспечением более высокой надежности самого устройства. Для предлагаемого устройства не требуется дополнительное насосное оборудование для создания подпора жидкости в рабочую камеру 1, также отпадает необходимость в использовании дополнительных камер, что упрощает конструкцию устройства и снижает металлоемкость.

Способ и устройство предназначены для использования в бурении, освоении скважин и добычи нефти: подача жидкости в рабочую камеру, заполняемую газом или газожидкостной смесью, осуществляется непрерывно в ходе такта всасывания и такта сжатия газа под давлением, изменяющимся на протяжении названных тактов от давления вводимого в рабочую камеру газа или газожидкостной смеси до давления на выходе насоса по постоянно открытому гидравлическому каналу из зоны на выходе нагнетательного клапана рабочей камеры, через которую ведется перекачка жидкости. Подача газа или газожидкостной смеси в рабочую камеру осуществляется с использованием эжекционного эффекта в гидравлическом канале при взаимодействии с жидкостью, причем в гидравлическом канале осуществляется регулирование расхода жидкости. Поршневой насос дополнительно оснащен гидравлическим каналом, постоянно сообщающим рабочую камеру, заполненную газожидкостной смесью или газом, с рабочей камерой, заполненной жидкостью. На гидравлическом канале установлен дроссель с регулируемым гидравлическим сопротивлением. Значительно упрощается конструкция насоса, а также не требуется применения дополнительного оборудования для создания подпора жидкости на входе в насос. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ перекачки газа и газожидкостных смесей поршневым насосом, содержащим рабочие камеры с всасывающим и нагнетательными клапанами, путем ввода газа или газожидкостной смеси по крайней мере в одну рабочую камеру под избыточным давлением в период выполнения насосом такта всасывания с обеспечением подачи жидкости в эту рабочую камеру, отличающийся тем, что подача жидкости в рабочую камеру осуществляется непрерывно в ходе такта всасывания и такта сжатия газа под давлением, измеряющемся на протяжении названных тактов от давления вводимой в рабочую камеру газожидкостной смеси или газа до давления на выходе насоса, по постоянно открытому гидравлическому каналу из зоны на выходе нагнетательного клапана рабочей камеры, через которую ведется перекачка жидкости. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в гидравлическом канале осуществляется регулирование расхода жидкости. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что подача газожидкостной смеси или газа в рабочую камеру осуществляется с использованием эжекционного эффекта в гидравлическом канале при взаимодействии жидкости с газожидкостной смесью или газом. 4. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее рабочие камеры с всасывающими и нагнетательными клапанами, поршень и источник газожидкостной смеси или газа, отличающееся тем, что дополнительно оснащено гидравлическим каналом, постоянно сообщающим рабочую камеру, заполняемую газожидкостной смесью или газом, с рабочей камерой, заполняемой жидкостью, причем на гидравлическом канале установлен дроссель с регулируемым гидравлическим сопротивлением. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что дроссель выполнен в виде сопла, а часть гидравлического канала между соплом и рабочей камерой, заполняемой газожидкостной смесью или газом, выполнена в виде камеры смешения, у которой в зоне сопла выполнен подводящий канал от источника газожидкостной смеси или газа.