УСТАНОВКА ПОГРУЖНАЯ ЭЛЕКТРОГИДРОПРИВОДНАЯ Российский патент 2013 года по МПК F04B47/08 

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации малодебитных скважин с осложненными характеристиками нефтяного пласта.

Известен скважинный электрогидроприводной насосный агрегат, который содержит кинематически связанные друг с другом погружной электродвигатель и приводной насос, а также гидродвигатель и рабочий насос, выполненные каждый в виде цилиндра и плунжера со штоком. Полости цилиндра гидродвигателя связаны через гидрораспределитель со входом и выходом приводного насоса. Компенсатор объема размещен над приводным насосом и соединен с его входом. Валы электродвигателя и приводного насоса сочленены через вал протектора гидрозащиты (RU 2116512, 27.07.1998).

При эксплуатации данного насосного агрегата процессы теплового расширения рабочей жидкости могут привести к выходу из строя диафрагмы компенсатора объема рабочей жидкости гидропривода, так как разность объемов штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра приводит к частому срабатыванию компенсатора объема, уменьшая срок службы данного узла.

Наиболее близким устройством является погружная электрогидроприводная установка, содержащая погружной электродвигатель с гидрозащитой, кинематически связанный с приводным насосом, рабочий насос, приводимый в действие гидродвигателем, содержащим механизм возвратно-поступательного перемещения плунжера рабочего насоса, гидрораспределитель, соединенный трубопроводом с блоком управления приводного насоса, и компенсатор гидропривода. Механизм возвратно-поступательного перемещения плунжера рабочего насоса содержит соединенные штоками силовой и возвратный гидроцилиндры, выполненные с возможностью переключения позиций гидрораспределителя в конце хода штока гидродвигателя, блок управления приводного насоса дополнительно содержит устройство защиты гидропривода от обратного вращения вала электродвигателя, а компенсатор гидропривода размещен в верхней части установки над рабочим насосом (RU 2210003 C1, 10.08.2003).

При эксплуатации данного насосного агрегата масло гидропривода будет постепенно выходить через уплотнения в пластовую жидкость. Объема масла в компенсаторе гидропривода может оказаться недостаточно. Это приведет к преждевременному выходу установки из строя. Плунжерный насос работает не достаточно надежно при высоком содержании механических примесей в пластовой жидкости из-за наличия малых зазоров, которые могут изнашиваться в процессе работы. Только один цилиндр является силовым, это приводит к повышенной скорости движения поршня и к более раннему выходу его из строя. Установка не достаточно надежно работает при высоком содержании свободного газа, из-за того что плунжерный насос имеет вредный объем.

Эти и другие конструктивные недостатки снижают срок службы электрогидроприводных агрегатов особенно при работе в скважинах с повышенным содержанием газа и механических примесей.

Технической задачей предлагаемого изобретения является получение технического результата, выражающегося в повышение надежности работы установки и сроков ее эксплуатации.

Данная задача решается тем, что установка погружная электрогидроприводная содержит погружной электродвигатель, кинематически связанный с приводным насосом, гидродвигатель, содержащий два поршня, соединенных промежуточным штоком, на торце каждого из поршней установлен шток, уплотнения штоков, гидрораспределитель, гидравлически соединенный с приводным насосом и гидродвигателем, отводящую трубу. Согласно изобретению в установке две области между каждым поршнем и уплотнением штока гидравлически соединены и составляют замкнутое барьерное пространство, снаружи, по крайней мере, одного штока, за его уплотнением, установлено насосное устройство, включающее корпус и клапана и, по крайней мере, в корпусе одного насосного устройства и (или) отводящей трубы установлено фильтрующее устройство, гидравлически соединенное с областью барьерного пространства.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения фильтрующее устройство, установленное в корпусе насосного устройства гидравлически соединено с дальней, по отношению к ней, областью барьерного пространства, между фильтрующем устройством и областью барьерного пространства установлен обратный клапан, проточная часть второго насосного устройства гидравлически связана со второй (дальней по отношению к ней областью барьерного пространства) через подвижный поршень.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения две области между каждым поршнем и уплотнением штока, составляющие замкнутое барьерное пространство, гидравлически соединены через дроссель и (или) клапан, открывающийся по давлению.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения в состав установки входит центробежный газосепаратор, вход в который и отверстия для удаления свободного газа гидравлически соединены с затрубным пространством, а отверстия для отвода жидкости с входом в насосные устройства.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения в состав установки входит центробежный сепаратор, вход в который и отверстия для удаления свободного газа гидравлически соединены с затрубным пространством, отверстия для отвода воды и механических примесей с входом в насосное устройство, в состав которого не входит фильтрующее устройство, отверстия для отвода нефти с входом в насосное устройство, в состав которого входит фильтрующее устройство.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения в насосном устройстве, в состав которого входит фильтрующее устройство, между фильтром и областью движения штока в корпусе установлена гильза с отверстиями и винтовой канавкой, во втором насосном устройстве установлена гильза с винтовой канавкой.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения в насосном устройстве, на выходе из двигателя установлен модуль, входной вал, которого изготовлен на одной оси с валом двигателя, а выходной вал параллельно смещен на некоторое расстояние.

Так как при работе установки подобной конструкции происходит утечка масла через уплотнения штока, для компенсации утечек в насосном устройстве предлагается установить фильтрующее устройство, гидравлически соединенное с дальней, по отношению к ней, областью барьерного пространства. Между фильтрующим устройством и областью барьерного пространства установить обратный клапан. Обратный клапан позволяет отфильтрованной жидкости поступать в барьерное пространство и препятствует ее движению в обратном направлении.

Благодаря этому в барьерное пространство будет поступать очищенная пластовая жидкость.

Для поступления очищенной пластовой жидкости необходимо создать перепад давления между областью насосного устройства и барьерным пространством. Перепад давления между областью насосного устройства в стадии нагнетания и дальней, по отношению к ней, областью барьерного пространства равен гидравлическим потерям в линии, соединяющей две области барьерного пространства.

Одновременно возникает перепад давления между насосным устройством и ближней областью барьерного пространства. Мы гарантированно обеспечиваем то, что давление в каждом насосном устройстве всегда меньше чем в ближней по отношению к ней области барьерного пространства. Минимальный перепад давления равен гидравлическим потерям в линии, соединяющей две области барьерного пространства. Вследствие этого, мы гарантировано обеспечиваем надежную работу уплотнений штока в комфортных условиях, когда давление чистой рабочей жидкости всегда выше давления пластовой жидкости.

При обратном движении поршней из-за утечек рабочей жидкости может возникнуть уменьшение давления в барьерной области. Проточная часть второго насосного устройства гидравлически связана со второй (дальней по отношению к ней областью барьерного пространства) через подвижный поршень. По сути, подвижный поршень играет роль гидравлического аккумулятора, для ликвидации утечек.

За счет установки дросселя в линии, соединяющей две области барьерного пространства, мы можем менять величину перепада давления между ними.

Установка газосепаратора в составе установки позволяет подавать отделенную от газа пластовую жидкость в насосные устройства. Это позволяет увеличить величину вредного объема в насосном устройстве без ухудшения его работы и за счет этого увеличить радиальные зазоры между штоком, который играет роль элемента вытеснения пластовой жидкости и гильзой насосного устройства. Это уменьшит износ и повысит ресурс работы насосных устройств.

Если в состав установки входит центробежный сепаратор, вход в который и отверстия для удаления свободного газа гидравлически соединены с затрубным пространством, отверстия для отвода воды и механических примесей с входом в насосное устройство, в состав которого не входит фильтрующее устройство. Отверстия для отвода нефти гидравлически соединены с входом в насосное устройство, в состав которого входит фильтрующее устройство. Это позволит компенсировать утечки из насосного устройства очищенной от газа и воды, отфильтрованной вязкой нефтью.

В случае если в насосном устройстве, в состав которого входит фильтрующее устройство, между фильтром и областью движения штока в корпусе установлена гильза с отверстиями и винтовой канавкой, а во втором насосном устройстве установлена гильза с винтовой канавкой. Мы можем обеспечить отвод механических примесей. И за счет этого уменьшить износ поверхности штока и увеличить ресурс работы насосных устройств.

Установка на выходе из электродвигателя устройства с параллельно смещенным валом позволяет увеличить диаметр газосепаратора и приводного насоса, за счет освобождения пространства для кабеля.

Установка погружная электрогидроприводная изображена на следующих чертежах.

На фиг.1 изображен общий вид установки.

На фиг.2 - верхнее насосное устройство с фильтром.

На фиг.3 - гидропривод.

На фиг.4 - вариант изготовления гидропривода.

На фиг.5 - нижнее насосное устройство.

На фиг.6 - устройство для параллельного смещения вала, установленное на выходе из электродвигателя.

На фиг.7 - вариант установки с фильтрующим устройством в отводящей трубе.

Установка погружная электрогидроприводная содержит погружной электродвигатель 1, центробежный сепаратор 2, приводной насос 3, который соединен с гидрораспределителем 4. Через магистрали 5 и 6, гидрораспределитель 4 соединен с гидроприводом 7, который состоит из цилиндра 8 в котором установлены ниппель 9, верхний 10 и нижний 11 поршни, соединенные промежуточным штоком 12. На торце каждого из поршней установлены штоки 13 и 14. На выходе из цилиндра 8 установлены насосные устройства 15 и 16, в состав которых входят корпуса 17 и 18, уплотнения штоков 19 и 20. Между цилиндром 8 поршнями 10, 11 и уплотнениями штоков 19 и 20 образованы верхняя 21 и нижняя 22 барьерные области, соединенные между собой посредством канала 23, в котором может быть установлен клапан, открывающийся по давлению (или дроссель) 24. Области 25 и 26 являются рабочими областями гидропривода, через магистрали 5 и 6 они соединены с гидрораспределителем 4. В корпусе 17 верхнего насосного устройства 15 установлен фильтр 27. (Согласно изобретению возможно конструктивное исполнение, когда фильтр 27 установлен и(или) в нижнем насосном устройстве 16). Между фильтром 27 и областью движения штока 13 в насосном устройстве 15 установлена гильза 28 с отверстиями 29 и винтовой канавкой 30, в нижнем насосном устройстве установлена гильза 31 с винтовой канавкой 32. В корпусе 17 со стороны фильтра изготовлена винтовая канавка 33. Через магистраль 34 и обратный клапан 35 фильтр гидравлически соединен с нижней барьерной областью 22. Проточная часть второго насосного устройства 16 гидравлически через магистраль 36 связана со второй (дальней по отношению к ней областью барьерного пространства) 21 через подвижный поршень 37.

Всасывающие клапана 38 насосных устройств 15 и 16 через магистрали 39 и 40 соединены с центробежным сепаратором 2, а нагнетательные клапана 41 через магистрали 42 соединены с трубой 43 по которой пластовая жидкость поступает на поверхность.

На фигуре 6 показан вариант исполнения, когда фильтр 27 установлен в отводящей трубе 43.

Устройство 44 с параллельно смещенным выходным валом кинематически соединяет двигатель 1 и сепаратор 2.

Как вариант изготовления гидропривода (фиг.4) магистрали 34 и 36 могут быть объединены в одну магистраль 44, которой установлены обратные клапаны 45 и 47 и гидравлический аккумулятор 46, который может быть изготовлен в виде подвижного поршня или мембраны.

Установка работает следующим образом.

При включении электродвигателя 1 начинает работать кинематически связанный с ним сепаратор 2 и приводной насос 3. Сепаратор 2 отделяет свободный газ и направляет его в затрубное пространство. Также он отделяет нефть от воды и механических примесей. Нефть по магистрали 39 поступает через обратный клапан 3 8 на вход в верхнее насосное устройство 15 в корпусе 17 которого установлен фильтр 27. Оставшаяся часть пластовой жидкости поступает через магистраль 40 и обратный клапан 38 в нижнее насосное устройство 16.

Приводной насос 3 нагнетает рабочую жидкость (масло) в гидрораспределитель 4 и через магистрали 5 и 6 и ниппель 9 в гидропривод 7, сообщая возвратно-поступательное движение поршням 10 и 11. Через поршни 10 и 11, соединенные промежуточным штоком 12, установленные в цилиндре 8, приводятся в действия штоки 13 и 14, которые вытесняют пластовую жидкость из насосных устройств 15 и 16. Через нагнетательные клапана 41, магистрали 42 пластовая жидкость поступает в трубу 43 и отводится на поверхность.

Через отверстия 29 гильзы 28 обеспечивается подвод пластовой жидкости к фильтру 27. Канавки 30 и 33 обеспечивают отвод механических примесей. И за счет этого уменьшается износ поверхности штоков 13 и 14 и увеличивается ресурс работы насосных устройств.

Так как при работе установки подобной конструкции происходит утечка масла через уплотнения штока 19, 20, через фильтр 27, магистраль 34 и обратный клапан 35 очищенная пластовая жидкость будет поступать в барьерную областью 22.

Для поступления очищенной пластовой жидкости необходимо создать перепад давления между областью насосного устройства 15 в стадии нагнетания и дальней, по отношению к ней, нижней областью барьерного пространства 22, который равен гидравлическим потерям в линии 7, соединяющей две области барьерного пространства 21 и 22.

Одновременно возникает перепад давления между насосными устройствами 15, 16 и ближними к ним областями барьерного пространства 21 и 22. Мы гарантированно обеспечиваем то, что давление в насосном устройстве всегда меньше чем в ближней по отношению к ней области барьерного пространства. Минимальный перепад давления равен гидравлическим потерям в линии 23, соединяющей две области 21 и 22. Вследствие этого, мы гарантировано обеспечиваем работу уплотнений штока 19 и 20 в комфортных условиях, когда давление чистой рабочей жидкости всегда выше давления пластовой жидкости.

При обратном движении поршней 10, 11 из-за утечек рабочей жидкости может возникнуть уменьшение давления в барьерной области 21, 22. По сути, подвижный поршень 37 играет роль гидравлического аккумулятора, для ликвидации утечек. При движении поршня 10 вверх, подвижный поршень сдвигается вверх, накапливая некоторое количество жидкости, при движении поршня 10 вниз подвижный поршень 37 также выталкивается вниз за счет возросшего давления в насосном устройстве 16, компенсируя возможные утечки рабочей жидкости из барьерной области 21 и 22.

За счет установки клапана открывающегося по давлению (или дросселя) 24 в линии 23, соединяющей две области барьерного пространства 21 и 22, мы можем менять величину перепада давления.

Установка газосепаратора 2 в составе установки позволяет подавать отделенную от газа пластовую жидкость в насосные устройства 15 и 16. Это позволяет увеличить допустимую величину вредного объема в каждом насосном устройстве и за счет этого увеличить радиальные зазоры между штоками 13, 14 и гильзами 28, 31 насосных устройств 15 и 16. Это уменьшит износ и повысит ресурс работы насосных устройств.

Если в состав установки входит центробежный сепаратор 2, который имеет возможность сепарировать газ, нефть, воду и механические примеси. Вход и отверстия для удаления свободного газа гидравлически соединены с затрубным пространством, отверстия для отвода воды и механических примесей с входом в насосное устройство 16, в состав которого не входит фильтрующее устройство. Отверстия для отвода нефти гидравлически соединены с входом в насосное устройство 15, в состав которого входит фильтр 27. Это позволит компенсировать утечки из насосного устройства очищенной от газа и воды, отфильтрованной вязкой нефтью, облегчить работу фильтра 27, за счет предварительной сепарации механических примесей и тем самым повысить ресурс его работы.

Винтовая канавка 33 подводит отфильтрованную жидкость к магистрали 34.

Установка на выходе из электродвигателя 1 устройства 42 с параллельно смещенным выходным валом позволяет увеличить диаметр газосепаратора 2 и приводного насоса 3, за счет освобождения пространства для кабеля.

При варианте изготовления установки (фиг.4) магистрали 34 и 36 объединены в одну магистраль 44. В эту магистраль подается отфильтрованная фильтром 27 пластовая жидкость через обратный клапан 45 при движении штока 13 вверх и из гидравлического аккумулятора 46 при движении штока 14 вниз. При необходимости эта пластовая жидкость из магистрали 44 поступает в барьерные области 21 и 22 через обратные клапаны 47.

При варианте изготовления установки с фильтром 27 в отводящей трубе 43 (фиг.6) отфильтрованная пластовая жидкость через магистраль 34 и обратные клапана 35, поступает в каждую область 21 и 22 барьерного пространства. При движении поршней 10 и 11 вниз возникает разряжение в области 21 и туда при необходимости поступает отфильтрованная пластовая жидкость. При движении поршней 10 и 11 вверх возникает разряжение в области 22 и туда при необходимости поступает отфильтрованная пластовая жидкость, компенсируя возможные утечки.

Таким образом, в предлагаемой конструкции повышается надежность работы установки и срок ее эксплуатации.

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации малодебитных скважин с осложненными характеристиками нефтяного пласта. Установка содержит погружной электродвигатель, кинематически связанный с приводным насосом. Гидродвигатель содержит два поршня, соединенных промежуточным штоком. На торце каждого из поршней установлен шток, уплотнения штоков. Гидрораспределитель гидравлически соединен с приводным насосом и гидродвигателем. Две области между каждым поршнем и уплотнением штока гидравлически соединены и составляют замкнутое барьерное пространство. Снаружи, по крайней мере, одного штока, за его уплотнением, установлены насосные устройства, включающие корпус и клапана и, по крайней мере, в корпусе одного насосного устройства и (или) отводящей трубы установлено фильтрующее устройство, гидравлически соединенное с областью барьерного пространства. Технический результат заключается в повышении надежности работы установки и сроков ее эксплуатации. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Установка погружная электрогидроприводная, содержащая погружной электродвигатель, кинематически связанный с приводным насосом, гидродвигатель, содержащий два поршня, соединенных промежуточным штоком, на торце каждого из поршней установлен шток, уплотнения штоков, гидрораспределитель, гидравлически соединенный с приводным насосом и гидродвигателем, отводящую трубу, отличающаяся тем, что две области между каждым поршнем и уплотнением штока гидравлически соединены и составляют замкнутое барьерное пространство, снаружи, по крайней мере, одного штока, за его уплотнением установлены насосные устройства, включающие корпус и клапана и, по крайней мере, в корпусе одного насосного устройства и(или) отводящей трубы установлено фильтрующее устройство, гидравлически соединенное с областью барьерного пространства.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что фильтрующее устройство, установленное в корпусе одного насосного устройства гидравлически соединено с дальней по отношению к ней областью барьерного пространства, между фильтрующим устройством и областью барьерного пространства установлен обратный клапан, проточная часть второго насосного устройства гидравлически связана со второй дальней по отношению к ней областью барьерного пространства, через подвижный поршень.

3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что две области между каждым поршнем и уплотнением штока, составляющие замкнутое барьерное пространство, гидравлически соединены через дроссель и(или) клапан, открывающийся по давлению.

4. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в ее состав входит центробежный газосепаратор, вход в который и отверстия для удаления свободного газа гидравлически соединены с затрубным пространством, а отверстия для отвода жидкости - с входом в насосные устройства.

5. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в ее состав входит центробежный сепаратор, вход в который и отверстия для удаления свободного газа гидравлически соединены с затрубным пространством, отверстия для отвода воды и механических примесей - с входом в насосное устройство, в состав которого не входит фильтрующее устройство, отверстия для отвода нефти - с входом в насосное устройство, в состав которого входит фильтрующее устройство.

6. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в насосном устройстве, в состав которого входит фильтрующее устройство, между фильтром и областью движения штока в корпусе установлена гильза с отверстиями и винтовой канавкой, во втором насосном устройстве установлена гильза с винтовой канавкой.

7. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в насосном устройстве, на выходе из двигателя установлен модуль, входной вал которого изготовлен на одной оси с валом двигателя, а выходной вал параллельно смещен на некоторое расстояние.