ПРИВОД ШТАНГОВОГО СКВАЖИННОГО НАСОСА С ГИДРОВАКУУМНЫМ УРАВНОВЕШИВАНИЕМ Российский патент 2016 года по МПК F04B47/04 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к приводным устройствам скважинного насоса, расположенным на поверхности земли, включающим гидравлические и пневматические средства, и может быть использовано для подъема пластовой жидкости с больших глубин.

Известен гидравлический привод скважинной штанговой насосной установки (а.с. SU 1642069 A1, МПК⁵ F04B 47/04, опубл. 15.04.1991 г.). Привод содержит размещенные один над другим уравновешивающий и приводной гидроцилиндры с расположенными в них поршнями, связанными между собой штоком, нижний конец которого соединен с плунжером штангового насоса посредством колонны штанг, причем поршневая и штоковая полости приводного гидроцилиндра гидравлически сообщены через распределитель с силовым насосом и баком, а штоковая полость уравновешивающего гидроцилиндра сообщена с источником давления (атмосферой).

Недостатком такого привода является утилизация энергии движущейся вниз колонны штанг при ее торможении путем дросселирования рабочей жидкости в распределителе.

Задачей изобретения является снижение энергозатрат при эксплуатации привода штангового скважинного насоса с гидровакуумным уравновешиванием.

Задача решается за счет установки отсечного клапана на линии, соединяющей нижнюю полость уравновешивающего цилиндра с атмосферой, который управляется от сигнала (электрического, гидравлического, пневматического…), подаваемого от системы реверсирования движением штоков в цилиндрах.

На чертеже схематично изображен предлагаемый привод штангового скважинного насоса с гидровакуумным уравновешиванием.

Привод состоит из приводного 1 и уравновешивающего 2 цилиндров с поршнями 3 и 4, разделяющими цилиндры на верхние 5 и 6 и нижние 7 и 8 полости. Поршни соединены между собой штоком 9, нижний конец которого посредством муфты 10 соединен с устьевым штоком, колонной штанг и плунжером скважинного насоса (не показаны). Какой из цилиндров приводной 1 или уравновешивающий 2 верхний, а какой нижний не является принципиальным. На чертеже изображено предпочтительное расположение цилиндров, массивный большого диаметра цилиндр располагается внизу, при этом обеспечивается более жесткая конструкция при меньшей массе привода. Верхняя 5 и нижняя 7 полости приводного 1 цилиндра гидравлически сообщены через распределитель 11 с силовым насосом 12 и баком 13, а нижняя полость 8 уравновешивающего 2 цилиндра сообщена с источником 14 давления. В качестве источника 14 давления служит атмосфера. Привод снабжен вакуумным насосом 15, с которым сообщена верхняя 6 полость уравновешивающего 2 цилиндра. Привод силового насоса 12 и вакуумного насоса 15 осуществляется от двигателя 16. Для автоматического изменения направления движения штока 9 привод снабжен системой реверсирования 17 с верхним 18 и нижним 19 устройствами переключения распределителя 11, которые срабатывают при прохождении мимо них муфты 10.

Привод дополнительно снабжен отсечным клапаном 20, установленным на линии соединяющей нижнюю полость 8 уравновешивающего цилиндра 2 с источником давления 14, и устройством переключения 21, установленным в системе реверсирования 17.

Привод работает следующим образом.

При включенном двигателе 16 вакуумный насос 15 создает разрежение в верхней полости 6 уравновешивающего цилиндра 2, в результате чего давление атмосферы, как источника 14 давления, действующего в нижней 8 полости уравновешивающего 2 цилиндра, создает усилие, направленное вверх. Величина этого усилия на муфте 10, которая является точкой подвеса колонны штанг, подбирается такой, чтобы она могла компенсировать вес колонны штанг и половину веса столба откачиваемой из скважины (не показаны) жидкости. Двигатель 16 одновременно приводит в действие силовой насос 12, который подает рабочую жидкость через распределитель 11 в нижнюю 7 полость приводного 1 цилиндра, в результате чего шток 9 с поршнями 3 и 4 и муфтой 10 движутся вверх. Рабочая жидкость из верхней 5 полости приводного 1 цилиндра вытесняется через распределитель 11 в бак 13. При прохождении муфты 10 мимо устройства переключения 18 оно срабатывает под действием сигнала от муфты 10 и переключает гидрораспределитель 11. В процессе переключения распределителя 11 происходит торможение и остановка штока 9, а по окончании процесса переключения рабочая жидкость направляется из бака 13 посредством насоса 12 через распределитель 11 в верхнюю 5 полость приводного 1 цилиндра, шток 9 с муфтой 10 перемещаются вниз. Верхнее 18 устройство переключения срабатывает при прохождении мимо него муфты 10 только в одном направлении вверх, нижнее 19 устройство переключения - только в направлении вниз, а устройство переключения 21, управляющее отсечным клапаном 20, срабатывает в обоих направлениях. Устройство переключения 21 устанавливается в непосредственной близости от нижнего 19 устройства переключения и может находиться как выше, так и ниже или на одном уровне с ним. Движение вниз штока 9 начинается разгоном, затем идет участок равномерного движения. При подходе муфты 10 к устройству переключения 21 оно срабатывает и закрывает отсечной клапан 20, а при подходе к нижнему 19 устройству переключения подается сигнал на распределитель 11. В нижней 8 полости уравновешивающего 2 цилиндра при дальнейшем перемещении штока 9 вниз возрастает давление воздуха, создавая тормозную силу вплоть до полной остановки штока 9 и связанной с ним колонны штанг. Время переключения распределителя 11 настраивается так, чтобы завершение процесса переключения совпадало с остановкой штока 9 в крайнем нижнем положении. Далее начинается ход штока 9 вверх, при этом для разгона используется энергия сжатого воздуха в нижней 8 полости уравновешивающего 2 цилиндра. При движении штока 9 вверх муфта 10 достигает уровня устройства переключения 21, которое срабатывает, сообщая нижнюю 8 полость уравновешивающего 2 цилиндра с атмосферой. Далее цикл повторяется.

Привод штангового скважинного насоса с гидровакуумным уравновешиванием относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к насосным установкам, специально предназначенным для подъема жидкостей с больших глубин, например из скважин, включающим гидравлические или пневматические средства. Привод содержит устройство для аккумулирования энергии движущейся вниз колонны штанг при реверсировании, состоящее из отсечного клапана и устройства для его переключения, установленного в системе реверсирования. Снижаются энергозатраты при эксплуатации привода путем аккумулирования энергии при торможении движущейся вниз колонны штанг в момент реверсирования. 1 ил.

Привод штангового скважинного насоса с гидровакуумным уравновешиванием, содержащий размещенные один над другим приводной и уравновешивающий цилиндры с расположенными в них с образованием верхних и нижних полостей поршнями, связанными между собой штоком, нижний конец которого соединен с плунжером скважинного штангового насоса посредством муфты, устьевого штока и колонны штанг, причем верхняя и нижняя полости приводного цилиндра гидравлически сообщены через распределитель с силовым насосом и баком, нижняя полость уравновешивающего цилиндра сообщена с атмосферой, а верхняя полость уравновешивающего цилиндра сообщена с вакуумным насосом, распределитель управляется системой реверсирования с верхним и нижним устройствами переключения, отличающийся тем, что с целью снижения энергозатрат при эксплуатации привода путем аккумулирования энергии при торможении движущейся вниз колонны штанг в момент реверсирования привод дополнительно снабжен отсечным клапаном, установленным на линии, соединяющей нижнюю полость уравновешивающего цилиндра с атмосферой, и устройством переключения, установленным в системе реверсирования.