НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 2001 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к насосным установкам, предназначенным для подъема жидкостей с больших глубин, например из скважин. Данный насосный агрегат может быть использован в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации вертикальных и наклонно направленных скважин, в частности малодебитных скважин с осложненными характеристиками нефтяного пласта.

Известен погружной диафрагменный электронасос, содержащий электродвигатель, кинематически связанный с плунжером приводного насоса, установленным в заполненном маслом корпусе, который герметично изолирован от перекачиваемой жидкости эластичными рабочей диафрагмой и компенсатором. В головке электронасоса установлены всасывающий и нагнетательный клапаны ( см. патент РФ N 2062906. кл. F 04 В 7/06, 1996, БИ N 18).

Недостатками известной конструкции насоса является то, что насос имеет низкий КПД, характерный для диафрагменных электронасосов, и низкую надежность работы ввиду частого выхода из строя элементов кинематики.

Известен также скважинный электрогидроприводный насосный агрегат, содержащий кинематически связанные друг с другом рабочий насос-гидродвигатель, приводной насос и погружной электродвигатель. Элементы агрегата расположены в скважине в указанном выше порядке от поверхности земли (устья скважины) по ходу вниз, причем рабочий насос установлен на конце колонны насосно-компрессорных труб, которые установлены в скважине над насосным агрегатом (см. патент РФ, N 2116512, кл. F 04 B 47/08, 1998, БИ N 21).

Недостатком известной конструкции является то, что агрегат включает расположенный в откачиваемой жидкости погружной электродвигатель, работающий под большим внешним давлением в условиях ухудшенного теплоотвода и воздействия коррозионно-активных сред, что повышает вероятность выхода двигателя из строя и снижает ресурс работы. Расположение двигателя в нижней части агрегата требует подъема агрегата из скважины в случае отказа двигателя, что снижает ремонтопригодность агрегата. Кроме того, для питания электродвигателя необходим специальный кабель на всю глубину погружения агрегата, что осложняет монтаж колонны насосно-компрессорных труб и ведет к удорожанию конструкции. С учетом сказанного снижается надежность агрегата и эффективность добычи жидкости из скважин.

Известен электромагнитный насос погружной, закрепленный на колонне насосно-компрессорных труб, размещающийся в рабочей среде и содержит корпус, всасывающий клапан, входной и выкидной патрубки, привод - импульсные соленоиды и рабочие органы - основные и дополнительные шаровые клапаны с седлами из ферромагнитного и не магнитного материалов соответственно. Между клапанами размещаются сильфоны, образующие насосные камеры и исполняющие роль возвратных пружин рабочих органов (Электромагнитный насос. Информация электронной почты; Центр деловой информации "Мировая паутина", г. Челябинск. E-mail: www @ surbis.ru).

Данное техническое решение является наиболее близким по технической сущности.

Недостатками данного насоса является низкий КПД, из-за того, что конструкция требует изготовления мощных импульсных соленоидов, размещаемых в рабочей среде и подверженных воздействию агрессивных компонентов и высокой температуры, с энергоподводом через специальный кабель, что осложняет монтаж оборудования скважины, повышает энергозатраты при эксплуатации и стоимость изготовления насосного агрегата в целом. Кроме того, данный насос обладает низкой надежностью и ресурсом работы из-за того, что многократные высокочастотные циклические нагрузки на сильфоны насоса повышают вероятность выхода их из строя и затраты на ремонт агрегата.

Техническим результатом заявляемого насосного агрегата является - повышение коэффициента полезного действия, надежности и ресурса работы устройств для добычи жидкости из скважин.

Задача, на решение которой направлено техническое решение, достигается тем, что в известном насосе, содержащем привод, насос с корпусом, закрепленным на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб, всасывающим и напорными клапанами, входным патрубком и по крайней мере одним сильфоном с соединительными элементами между клапанами, он снабжен пустотелым штоком, размещенным в корпусе и внутри сильфонов с возможностью осевого перемещения, причем боковая поверхность штока имеет перфорированный участок, корпус насоса снабжен направляющей втулкой - уплотнительным устройством, входной патрубок насоса снабжен установочной шайбой, закрепленной на нижнем конце пустотелого штока. При этом впускной клапан насоса размещен в верхней части входного патрубка, а напорные клапаны размещены в корпусе: привод насоса установлен на верхнем конце колонны насосно-компрессорных труб и соединен с пустотелым штоком посредством тяги, установленной с возможностью прохода через дополнительное устройство, размещенное в насосно-компрессорной трубе: перфорированный участок боковой поверхности пустотелого штока расположен в нижней его части и по длине менее суммарной длины сильфонов насоса на величину осевого перемещения пустотелого штока, а сильфоны снабжены соединительными элементами и образуют вместе с ними, корпусом насоса и установочной шайбой входного патрубка герметичную насосную камеру.

На чертеже представлен насосный агрегат (продольный разрез).

Насосный агрегат включает следующие основные элементы: привод 1, тягу 2, уплотнительное устройство 3, колонну насосно-компрессорных труб 4, корпус 5 насоса, направляющую втулку - уплотнительное устройство 6, шток 7 с неперфорированным 8 и перфорированным 9 участками, напорные клапаны 10, сильфоны 11, соединительные элементы 12, установочную шайбу 13, впускной клапан 14, входной патрубок 15, насосную камеру 16.

Насосный агрегат размещен в скважине 17 с устьем 18 на поверхности земли 19, причем привод 1 насосного агрегата закреплен на устье 18 скважины.

Насосный агрегат работает следующим образом.

Собранный и закрепленный на колонне 4 насосно-компрессорных труб насос опускают в скважину 17 на заданную глубину с положением насоса в рабочей среде ниже динамического уровня жидкости в скважине. Монтируют уплотнительное устройство 3 на колонне насосно-компрессорных труб 4, обеспечивая проход тяги 2 через уплотнительное устройство 3, устанавливают и закрепляют привод 1 на устье 18 скважины, соединяют тягу 2 с исполнительным элементом привода (не показан). В процессе опускания насоса в рабочую среду происходит заполнение насосной камеры 16 средой через входной патрубок 15 и отверстия перфорированного участка 9 пустотелого штока 7 за счет открывания гидростатическим давлением среды впускного клапана 14 и напорных клапанов 10 (направление движение среды из пласта показано стрелками). В исходном состоянии агрегата элементы агрегата (входной патрубок 15, установочная шайба 13, шток 7 и тяга 2) находятся в нижнем положении.

При включении привода 1 тяга 2 и соединенные с тягой 2 шток 7, установочная шайба 13 и патрубок 15 перемещаются вверх (на чертеже направление показано сплошной двойной стрелкой у привода 1) на величину рабочего хода штока 7, сжимая сильфоны 11 (работают на сжатие). При этом происходит нагнетание добываемой жидкости из насосной камеры 16 в колонну 4 насосно-компрессорных труб при закрытом впускном клапане 14 и открытых давлением среды в насосной камере 16 напорных клапанов 10. Неперфорированный участок 8 штока 7 и уплотнительное устройство 6 обеспечивают отсутствие перетекание среды из колонны 4 в насосную камеру 16 При обратном ходе тяги 2 (на чертеже направление показано двойной пунктирной стрелкой у привода 1) происходит разжимание сильфонов 11 и опускание патрубка 15, установочной шайбы 13 и штока 7. При этом закрываются напорные клапаны 10, открывается впускной клапан 14 и происходит заполнение средой насосной камеры 16 через патрубок 15, клапан 14 и отверстия перфорированного участка 9 штока 7. При достижении нижнего положения тяги 2 привод 1 осуществляет очередное движение вверх и нагнетает очередную порцию среды в колонну 4 насосно-компрессорных труб. Таким образом, среда заполняет всю колонну 4 и перетекает в рабочий трубопровод (на чертеже отвод со стрелкой) на поверхности 19 земли, обеспечивая добычу жидкости из скважины 17.

Возвратно-поступательное движение тяги 2 приводом 1 обеспечивается известными способами с использованием известных элементов автоматики (например, электромеханическими либо электрогидравлическими устройствами).

Уплотнительное устройство 3 обеспечивает герметизацию тяги 2 с целью исключения утечек добываемой жидкости из колонны 4.

Входной патрубок 15 насосного агрегата может быть снабжен фильтром с целью предохранения элементов агрегата (например, клапанов) от воздействия примесей.

Предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом обеспечивает повышение надежности насосного агрегата и эффективности добычи жидкости из скважин за счет использования системы: поверхностный привод, погружной осевой насос с изменяемым объемом насосной камеры сильфонного типа. При этом сохраняются все преимущества традиционного погружного насоса, связанные с отсутствием сложного электрооборудования в откачиваемой жидкости на большой глубине. Сохраняются и достоинства скважинного электрогидроприводного насосного агрегата: широкая область применения за счет использования гидромашины объемного вытеснения с необходимыми значениями подачи и напора, изменение подачи добываемой жидкости в автоматическом режиме в зависимости от гидростатического давления пласта или в режиме ручного управления с поверхности. Насосный агрегат легко сочетается с существующими нефтяными станками-качалками, не требуя сложной модернизации. Отсутствие трущихся частей не требует высокой точности изготовления элементов агрегата, повышает долговечность и снижает эксплуатационные затраты. Указанные преимущества предлагаемого устройства обусловливают целесообразность его применения при эксплуатации малодебитных скважин, в том числе и на сложной местности (водоемы, пустыни, горы, населенные пункты, районы Севера и т.д.).

Насосный агрегат предназначен для подъема жидкостей с больших глубин, например из скважин, и может быть использован в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации вертикальных и наклонно-направленных скважин. Содержит привод, насос с корпусом, закрепленным на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб, всасывающий и напорные клапаны, входной патрубок и по крайней мере один сильфон с соединительными элементами между клапанами. Снабжен пустотелым штоком, размещенным в корпусе и внутри сильфонов с возможностью осевого перемещения. Боковая поверхность штока имеет перфорированный участок. Корпус насоса снабжен направляющей втулкой - уплотнительным устройством. Входной патрубок насоса снабжен установочной шайбой, закрепленной на нижнем конце пустотелого штока. Впускной клапан насоса размещен в верхней части входного патрубка, а напорные клапаны - в корпусе. Привод насоса установлен на верхнем конце колонны насосно-компрессорных труб и соединен с пустотелым штоком посредством тяги, установленной с возможностью прохода через уплотнительное устройство, размещенное в насосно-компрессорной трубе. Перфорированный участок боковой поверхности пустотелого штока расположен в нижней его части и по длине менее суммарной длины сильфонов насоса на величину осевого перемещения пустотелого штока. Сильфоны снабжены соединительными элементами и образуют вместе с ними, корпусом насоса и установочной шайбой входного патрубка герметичную насосную камеру. Повышается КПД, надежность и ресурс работы устройства. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Насосный агрегат, содержащий привод, насос с корпусом, закрепленным на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб, всасывающим и напорными клапанами, входным патрубком и по крайней мере одним сильфоном с соединительными элементами между клапанами, отличающийся тем, что он снабжен пустотелым штоком, размещенным в корпусе и внутри сильфонов с возможностью осевого перемещения, причем боковая поверхность штока имеет перфорированный участок. 2. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что корпус насоса снабжен направляющей втулкой - уплотнительным устройством, входной патрубок насоса - установочной шайбой, закрепленной на нижнем конце пустотелого штока. 3. Насосный агрегат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что всасывающий клапан насоса размещен в верхней части входного патрубка, а напорные клапаны - в корпусе. 4. Насосный агрегат по пп.1 - 3, отличающийся тем, что привод насоса установлен на верхнем конце колонны насосно-компрессорных труб и соединен с пустотелым штоком посредством тяги, установленной с возможностью прохода через уплотнительное устройство, размещенное в насосно-компрессорной трубе. 5. Насосный агрегат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что перфорированный участок боковой поверхности пустотелого штока расположен в нижней его части (начиная от установочной шайбы) и по длине менее суммарной длины сильфонов насоса на величину осевого перемещения пустотелого штока, а сильфоны с соединительными элементами, корпусом насоса и установочной шайбой входного патрубка образуют герметичную насосную камеру.