ГИДРОПРИВОД ГЛУБИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА Российский патент 2004 года по МПК F04B47/04 

Изобретение относится к насосному оборудованию, применяемому для добычи нефти из глубоких скважин.

Известна гидроприводная глубиннонасосная установка, гидропривод которой содержит коаксиально и вертикально установленные, жестко соединенные между собой гидроприводной и пневмоуравновешивающий цилиндры с поршнями и полость, подключенную к пневмоуравновешивающему цилиндру и сообщающуюся с источником сжатого воздуха. Гидроприводной цилиндр через распределитель связан с силовым насосом и линией сброса. Кольцевая полость уплотнения полого поршня пневмоуравновешивающего цилиндра подключена к пневмогидроаккумулятору и сообщена с напорным маслопроводом (Молчанов А.Г. Гидроприводные штанговые скважинные насосные установки. - М.: “Недра”, 1982, с.26, рис.1.9).

Основными недостатками известного гидропривода являются его сложная конструкция, обусловленная коаксиальным расположением поршней и снижающая его надежность, громоздкая система компенсации с источником сжатого воздуха и значительные утечки рабочей жидкости через уплотнения между цилиндрами.

Технической задачей, стоящей перед изобретением, является повышение надежности привода, упрощение системы компенсации нагрузок, исключение утечек рабочей жидкости, увеличение КПД глубинно-насосного оборудования.

Для решения поставленной задачи гидропривод глубинного штангового насоса, содержащий гидроприводной цилиндр с поршнем и штоком для соединения с колонной штанг глубинного насоса, емкость для рабочей жидкости, пневмогидроаккумулятор, силовой насос, трубопроводы и распределитель для попеременной подачи силовым насосом рабочей жидкости из емкости в надпоршневую и подпоршневую полости гидроприводного цилиндра и для возврата рабочей жидкости в емкость и систему реверсирования для изменения направления хода поршня, дополнительно снабжен мультипликатором, у которого полость низкого давления через распределитель подключена к подпоршневой полости гидроприводного цилиндра для сообщения с нею при ходе поршня вниз, а полость высокого давления через обратный клапан подключена к пневмогидроаккумулятору и через второй обратный клапан и распределитель - к надпоршневой полости гидроприводного цилиндра для сообщения с нею при ходе поршня вверх, и отсекателями потока, один из которых установлен в трубопроводе, сообщающем подпоршневую полость цилиндра с пневмогидроаккумулятором, а второй - в трубопроводе, сообщающем полость высокого давления мультипликатора с линией слива.

Гидропривод глубинного штангового насоса снабжен системой сброса избыточного давления, включающей предохранительные клапаны, установленные в трубопроводах, сообщающих с линией слива рабочей жидкости трубопровод подачи рабочей жидкости от силового насоса в распределитель, трубопровод подачи рабочей жидкости от распределителя в полость высокого давления мультипликатора, трубопровод подачи рабочей жидкости из гидроприводного цилиндра в пневмогидроаккумулятор, трубопровод подачи рабочей жидкости из распределителя в полость низкого давления мультипликатора.

Система реверсирования может быть электронной. Она включает взаимодействующий со штоком верхний и нижний индуктивные бесконтактные выключатели и управляемый ими электромагнитный гидравлический переключатель, подающий рабочую жидкость к распределителю и отсекателям потока для перемены положения их рабочих органов.

Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена схема гидропривода глубинного штангового насоса.

Гидропривод глубинного штангового насоса содержит гидроприводной цилиндр 1 с поршнем 2 и штоком 3, емкость 4 для хранения рабочей жидкости и подключенный к ней силовой насос 5, нагнетатетельный трубопровод 6 которого подключен к распределителю 7 для подачи рабочей жидкости. Распределитель 7 предназначен для попеременной подачи рабочей жидкости в надпоршневую полость 8 и в подпоршневую полость 9 цилиндра 1. К трубопроводу 10, сообщающему распределитель с подпоршневой полостью 9, трубопроводом 11 через отсекатель 12 подключен пневмогидроаккумулятор 13, к которому трубопроводом 14 через обратный клапан 15 камерой 16 высокого давления подключен мультипликатор 17. Кроме того, к камере 16 высокого давления мультипликатора трубопроводом 18 через обратный клапан 19 подключен распределитель 7, а камера 20 низкого давления трубопроводом 21 через отсекатель 22 сообщается с линией 23 слива рабочей жидкости в емкость 4 и трубопроводом 24 - с распределителем 7.

Система реверсирования, предназначенная для изменения направления хода поршня 2, включает верхний и нижний индуктивные бесконтактные выключатели 25 и 26, с которых электрический сигнал поступает на электромагнитный гидравлический переключатель 27, подающий по трубопроводам (показаны пунктиром) рабочую жидкость (управляющий гидравлический сигнал) к рабочим органам распределителя 7 и отсекателей 12 и 22 для перемены их положения (переключения) из крайнего левого в крайнее правое и наоборот. Для реверсирования может быть использована любая иная система, например механическая, когда переключатель, выполненный в виде золотника, взаимодействует непосредственно со штоком 3.

Для поддержания заданных параметров по давлению гидропривод снабжен системой сброса избыточного давления, которая включает трубопроводы с предохранительными клапанами 28, 29, 30 и 31, которые сообщают с линией 23 слива рабочей жидкости, соответственно, трубопровод 6 подачи рабочей жидкости от силового насоса 5 в распределитель 7, трубопровод 18 подачи рабочей жидкости от распределителя в полость высокого давления мультипликатора 17, трубопровод 11 подачи рабочей жидкости из цилиндра 1 в пневмогидроаккумулятор 13, трубопровод 24 подачи рабочей жидкости из распределителя 7 в камеру низкого давления мультипликатора.

Гидропривод монтируется непосредственно на верхнем фланце трубной головки арматуры скважины, оборудованной штанговым глубинным насосом (ШГН), при этом рама гидропривода может быть изготовлена из труб, полость которых используется в качестве емкостей для рабочей жидкости.

В исходном положении (при выключенном гидроприводе) поршень 2 гидроприводного цилиндра 1 находится в крайнем нижнем положении, а полумуфта 32 штока 3 занимает положение напротив нижнего индуктивного бесконтактного выключателя (датчика положения) 26.

При включении электродвигателя силового насоса 5 одновременно включается электронная система управления. Электрический сигнал подается на левый электромагнит электромагнитного переключателя 27, рабочий орган которого занимает крайнюю левую позицию (как показано на чертеже). От электромагнитного переключателя 27 жидкость под давлением поступает к распределителю 7 и отсекателям 12 и 22, рабочие органы которых также занимают крайнюю левую позицию. Рабочая жидкость силовым насосом 5 через распределитель 7 подается в нижнюю подпоршневую полость 9 цилиндра 1. Поскольку зарядка пневмогидроаккумулятора 13 составляет максимальную величину давления в полостях гидроприводного цилиндра 1, которое регулируется предохранительным клапаном 28, то величина расхода рабочей жидкости в пневмогидроаккумулятор 13 по трубопроводу 11 практически равна нулю.

Рабочая жидкость из надпоршневой полости 8 цилиндра 1 через распределитель 7 и обратный клапан 19 поступает в правую полость 16 высокого давления мультипликатора 17 (величина давления в этой полости определяется предохранительным клапаном 29), поршень 34 мультипликатора 17 при этом перемещается в крайнее левое положение, а рабочая жидкость из левой полости 20 низкого давления через отсекатель 22 сливается в емкость 4. Излишки рабочей жидкости из полости 16 высокого давления сливаются в емкость 1 через предохранительный клапан 29.

При подходе полумуфты 32 штока 3 к верхнему индуктивному бесконтактному выключателю (датчику положения) 25 подается сигнал на правый электромагнит электрогидравлического переключателя 27, переводящий его рабочий орган в крайнее правое положение, что обеспечивает перевод рабочих органов распределителя 7 и отсекателей 12 и 22 также в крайнюю левую позицию, при этом отсекатели 12 и 22 перекрываются.

Рабочая жидкость от силового насоса 5 через распределитель 7 поступает в верхнюю надпоршневую полость 8 цилиндра 1, а жидкость из подпоршневой полости 9 поступает в мультипликатор 17, в полость 20 низкого давления (левую), величина давления в которой определяется предохранительным клапаном 31. Рабочая жидкость из полости 16 высокого давления через обратный клапан 15 поступает в пневмогидроаккумулятор 13, заряжая его. Объем поступающей в пневмогидроаккумулятор жидкости определяется величиной настройки давления предохранительного клапана 30 и коэффициентом мультипликации мультипликатора 17.

После первого двойного (возвратно-поступательного) хода поршня 2 гидроприводного цилиндра 1 гидропривод приходит в начальное положение. Дальнейшая работа привода аналогична первоначальному циклу, но с той разницей, что при движении поршня вверх происходит суммирование расходов от насоса 5 и пневмогидроаккумулятора 13.

Для регулирования потока жидкости, поступающего от пневмогидроаккумулятора, установлен регулятор расхода 33, который за счет постоянного перепада давления на дросселирующей щели обеспечивает постоянную скорость движения поршня и штока гидроприводного цилиндра 1 независимо от нагрузки на нем.

Поскольку при движении штока 2 цилиндра 1 и подвешенной к нему колонны штанг глубинного насоса вверх их скорость определяется расходом от силового насоса и пневмогидроаккумулятора, а при движении вниз - расходом от силового насоса, то скорость движения вверх значительно выше, чем скорость движения вниз. Это обеспечивает работу глубинно-насосного оборудования с наибольшим КПД, особенно на скважинах с большим газовым фактором.

Перемещая выключатели 25 и 26, можно изменять длину хода поршня 2, а следовательно, и длину хода плунжера глубинного штангового насоса.

Преимуществом привода является то, что слив жидкости при ходе поршня 2 осуществляется не непосредственно в емкость, а проходит через мультипликатор и пневмогидроаккумулятор. Для привода не требуется система компенсации утечек.

Уравновешивание составляет до 60% нагрузки на штоке при ходе поршня вверх и может регулироваться с помощью предохранительного клапана.

Гидропривод обеспечивает режим работы штангового насоса при номинальной нагрузке на штоке 80 кН и температуре окружающего воздуха от -50 до +40°С.

Датчик 35 температуры, датчик 36 уровня и датчики 37 и 38 давления, которыми снабжен гидропривод, предназначены для аварийного отключения привода. Они же могут использоваться для автоматического включения, когда контролируемые параметры приходят в норму.

Изобретение относится к глубинно-насосному оборудованию. Гидропривод глубинного штангового насоса содержит гидроприводной цилиндр, емкость для рабочей жидкости, пневмогидроаккумулятор, силовой насос, трубопроводы, распределитель 7 и систему реверсирования для изменения направления хода поршня. Гидропривод снабжен мультипликатором, у которого полость низкого давления через распределитель подключена к подпоршневой полости гидроприводного цилиндра. Полость высокого давления через обратный клапан подключена к пневмогидроаккумулятору и через второй обратный клапан и распределитель - к надпоршневой полости гидроприводного цилиндра. В трубопроводе, сообщающем подпоршневую полость цилиндра с пневмогидроаккумулятором, установлен отсекатель. В трубопроводе, сообщающем полость высокого давления мультипликатора с линией слива, - отсекатель. Система сброса избыточного давления включает предохранительные клапаны, а система реверсирования включает взаимодействующие со штоком верхний и нижний индуктивные бесконтактные выключатели и управляемый ими электромагнитный гидравлический переключатель, подающий рабочую жидкость к рабочим органам распределителя и отсекателей. При включении электродвигателя силового насоса одновременно сигнал подается на левый электромагнит переключателя. Повышаются надежность привода и КПД, упрощена система компенсации нагрузок. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Гидропривод глубинного штангового насоса, содержащий гидроприводной цилиндр с поршнем и штоком для соединения с колонной штанг глубинного насоса, емкость для рабочей жидкости, пневмогидроаккумулятор, силовой насос, трубопроводы, распределитель для попеременной подачи силовым насосом рабочей жидкости из емкости в надпоршневую и подпоршневую полости гидроприводного цилиндра и для возврата рабочей жидкости в емкость, и систему реверсирования для изменения направления хода поршня, отличающийся тем, что он снабжен мультипликатором, у которого полость низкого давления через распределитель подключена к подпоршневой полости гидроприводного цилиндра для сообщения с нею при ходе поршня вниз, а полость высокого давления через обратный клапан подключена к пневмогидроаккумулятору и через второй обратный клапан и распределитель к надпоршневой полости гидроприводного цилиндра для сообщения с нею при ходе поршня вверх, и отсекателями потока, один из которых установлен в трубопроводе, сообщающем подпоршневую полость цилиндра с пневмогидроаккумулятором, а второй - в трубопроводе, сообщающем полость высокого давления мультипликатора с линией слива.2. Гидропривод глубинного штангового насоса по п.1, отличающийся тем, что он снабжен системой сброса избыточного давления, включающей предохранительные клапаны, установленные в трубопроводах, сообщающих с линией слива рабочей жидкости: трубопровод подачи рабочей жидкости от силового насоса в распределитель; трубопровод подачи рабочей жидкости от распределителя в полость высокого давления мультипликатора; трубопровод подачи рабочей жидкости из гидроприводного цилиндра в пневмогидроаккумулятор; трубопровод подачи рабочей жидкости из распределителя в полость низкого давления мультипликатора.3. Гидропривод глубинного штангового насоса по п.1 или 2, отличающийся тем, что система реверсирования включает взаимодействующие со штоком верхний и нижний индуктивные бесконтактные выключатели и управляемый ими электромагнитный гидравлический переключатель, подающий рабочую жидкость к распределителю и отсекателям потока для перемены положения их рабочих органов.