Погружной объемный насос Российский патент 2017 года по МПК F04B47/08 

Область техники, к которой относится изобретение

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

Уровень техники

Из уровня техники известна установка погружная электрогидроприводная, которая содержит погружной электродвигатель, приводной маслонасос, плунжерный рабочий насос с всасывающим и нагнетательным клапанами, масляный бак с фильтрами тонкой очистки масла, компенсатор объемного расширения масла и гидродвигатель, подпоршневые полости которого подключены через автоматический реверсивный клапан к всасывающей и нагнетательной линиям приводного маслонасоса, причем на последней установлен предохранительный клапан, а поршень гидродвигателя соединен с плунжером рабочего насоса, при этом электродвигатель снабжен протектором, через вал которого вал электродвигателя кинематически связан с валом приводного маслонасоса (Патент РФ №123857, 10.01.2013).

К недостаткам известной конструкции можно отнести то, что забор пластовой жидкости насосом происходит сразу из скважины без предварительного очищения, что может привести к засорению всасывающих клапанов и канала в целом, а также к попаданию различных механических примесей в рабочую полость насоса, что может привести к повреждению уплотнений штока и вызвать заклинивание рабочего насоса.

Сущность изобретения

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является повышение эксплуатационных характеристик и надежности оборудования.

Технический результат заявленного изобретения заключается в исключении попадания механических примесей в рабочую полость насоса и, тем самым, в повышении эксплуатационных характеристик насоса, а также в повышении надежности и увеличении срока эксплуатации погружного объемного насоса.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в погружной объемный насос, содержащий кинематически связанные друг с другом погружной маслозаполненный электродвигатель, протектор, приводной насос, масляный бак с фильтрами тонкой очистки масла, компенсатор объемного расширения масла, гидрораспределитель, фильтр тонкой очистки, предохранительный клапан, фильтр, диафрагму, двухпоршневой рабочий насос с всасывающими и нагнетательными клапанами, жестко связанный через шток с поршневым гидродвигателем, компенсационный узел, надпоршневая полость которого связана с выходом рабочего насоса, согласно изобретению снаружи корпуса рабочего насоса с зазором установлен фильтрующий модуль, при этом диаметр рабочего насоса выполнен меньше диаметра всей установки на толщину упомянутого фильтрующего модуля и на величину упомянутого зазора.

В частном случае реализации заявленного изобретения протектор электродвигателя и компенсатор объемного расширения масла выполнены в виде единого блока.

В частном случае реализации заявленного изобретения приводной насос выполнен шестеренчатым.

В частном случае реализации заявленного изобретения приводной насос выполнен аксиально-поршневым.

В частном случае реализации заявленного изобретения компенсационный узел выполнен диафрагменным.

В частном случае реализации заявленного изобретения трущиеся поверхности и/или поверхности, имеющие контакт с перекачиваемой жидкостью, выполнены с предварительной химико-термической обработкой, повышающей их характеристики.

Краткое описание чертежей

Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного погружного объемного насоса с использованием чертежа, на котором показано:

фиг. 1 - погружной объемный насос, продольный разрез.

На фиг.1 цифрами обозначены следующие позиции:

1 - погружной маслозаполненный электродвигатель; 2 - протектор; 3 - вал; 4 - приводной насос; 5 - диафрагма; 6 - корпус приводного устройства; 7 -фильтр; 8 - фильтр тонкой очистки; 9 - предохранительный клапан; 10 - гидрораспределитель; 11 - канал; 12 - канал; 13 - поршень гидродвигателя; 14 - шток поршня гидродвигателя; 15 - нижний поршень рабочего насоса; 16 - верхний поршень рабочего насоса; 17 - шток; 18 - центральный ниппель рабочего насоса; 19 - нагнетальный клапан; 20 - нагнетательный клапан; 21 - всасывающий клапан; 22 - всасывающий клапан; 23 - нагнетательный канал; 24 - поршень компенсационного узла; 25 - корпус компенсационного узла; 26 - цилиндр компенсационного узла; 27 - канал; 28 - канал; 29 - канал; 30 - всасывающий канал; 31 - нагнетательный канал; 32 - верхний ниппель рабочего насоса; 33 - нижний ниппель рабочего насоса; 34 - ниппель гидродвигателя; 35 - ниппель компенсационного узла; 36 - ниппель приводного устройства; 37 - корпус гидродвигателя; 38 - корпус рабочего насоса; 39 - цилиндр гидродвигателя; 40 - канал; 41 - канал, 42 - плунжер рабочего насоса; 43 - направляющий шток; 44 - компенсационный цилиндр; 45 - всасывающий канал; 46 - нагнетательный канал; 47 - надпоршневая область нижнего поршня рабочего насоса; 48 - подпоршневая область нижнего поршня рабочего насоса; 49 - подпоршневая область верхнего поршня рабочего насоса; 50 - надпоршневая область верхнего поршня рабочего насоса; 51 - фильтрующий модуль; 52 - канал поршня гидродвигателя; 53 - надпоршневая область поршня гидродвигателя; 54 - подпоршневая область поршня гидродвигателя; 55 - подпоршневая область поршня компенсационного узла; 56 - надпоршневая область поршня компенсационного узла.

Раскрытие изобретения

Погружной объемный насос крепится к колонне стандартных насосно-компрессорных труб (НКТ).

Погружной объемный насос состоит из последовательно установленных следующих основных элементов:

погружного маслозаполненного электродвигателя, протектора, приводного устройства, гидродвигателя, рабочего насоса, компенсационного узла, при этом приводное устройство соединено с гидродвигателем посредством ниппеля приводного устройства, гидродвигатель соединен с рабочим насосом посредством нижнего ниппеля рабочего насоса, а рабочий насос соединен с компенсационном узлом посредством верхнего ниппеля рабочего насоса. В рабочем насосе дополнительно установлен центральный ниппель рабочего насоса.

Приводное устройство содержит установленные в корпусе (6) гидрораспределитель (10) с всасывающей и нагнетательной линиями, выполненный, например, в виде автоматического реверсивного клапана, фильтр тонкой очистки (8), предохранительный клапан (9), приводной насос (4), фильтр (7), вал (3) и диафрагму (5), ниппель (36) приводного устройства. Полость корпуса (6) приводного устройства заполнена гидравлическим маслом. Таким образом, корпус (6) приводного устройства образует масляный бак. На входе в приводной насос (4) установлен фильтр (7), а выход приводного насоса (4) через напорную линию соединен со входом гидрораспределителя (10), причем на указанной напорной линии между гидрораспределителем (10) и приводным насосом (4) установлен фильтр тонкой очистки (8) и предохранительный клапан (9). Всасывающая и нагнетательная линии гидрораспределителя подключены к каналам (40, 41), выполненными в ниппеле (36). Диафрагма (5) служит компенсатором объемного расширения масла.

Гидродвигатель состоит из корпуса (37), поршня гидродвигателя (13), направляющего штока (43), штока поршня (14) гидродвигателя, цилиндра(39) и ниппеля гидродвигателя (34). Причем в ниппеле (34) гидродвигателя выполнен канал (11). Направляющий шток (43) выполнен полым, внутренняя полость которого образовывает канал (12), а в поршне (13) гидродвигателя выполнены каналы (52), являющиеся продолжениями канала (12). Цилиндр (39) установлен в корпусе (37) гидродвигателя, между ниппелем (36) и ниппелем (34) с зазором от корпуса (37) гидродвигателя.

Рабочий насос состоит из корпуса (38), нижнего ниппеля рабочего насоса (33), штока (17), двух поршней рабочего насоса - нижнего (15) и верхнего (16), центрального ниппеля (18) рабочего насоса, верхнего ниппеля (32) рабочего насоса, компенсационного цилиндра (44) и фильтрующего модуля (51).

Поршни рабочего насоса (15, 16) жестко соединены между собой полым штоком (17). В свою очередь, верхний поршень (16) жестко соединен с плунжером рабочего насоса (42), при этом плунжер (42) рабочего насоса выполнен полым. Нижний поршень (15) рабочего насоса жестко соединен со штоком (14) поршня гидродвигателя.

Внутри штока (17) установлен компенсационный цилиндр (44), внутренняя полость которого образовывает канал (28), связывающий подпоршневую область (48) нижнего поршня (15) рабочего насоса с надпоршневой областью (50) верхнего поршня (16) рабочего насоса через выполненные в верхнем и нижнем поршнях рабочего насоса соединительные каналы. В нижнем поршне (15) рабочего насоса дополнительно выполнен нагнетательный канал (31), в котором расположен нагнетательный клапан (19), а в верхнем поршне (16) рабочего насоса выполнен нагнетательный канал (46), в котором установлен нагнетательный клапан (20).

Причем в верхнем ниппеле (32) рабочего насоса выполнен канал (27), а в центральном ниппеле (18) рабочего насоса выполнены два всасывающих канала (45 и 30), при этом в каждом канале (45 и 30) установлены всасывающие клапаны (21, 22).

Поршни (15, 16) рабочего насоса выполнены в диаметре меньше диаметра поршня (13) гидродвигателя. Корпус (38) рабочего насоса выполнен в диаметре меньше диаметра корпуса (25) компенсационного узла и корпуса (37) гидродвигателя. В результате указанного исполнения упомянутых конструктивных элементов образовывается ниша. В указанную нишу установлен фильтрующий модуль (51), например щелевая фильтрующая сетка, установочный диаметр которой не превышает диаметральных размеров погружного объемного насоса.

Фильтрующий модуль (51), диаметрально не превышающий габаритов ниппелей (32, 18, 33) рабочего насоса, установлен коаксиально поверх корпуса рабочего насоса (38) с зазором.

Таким образом, диаметр рабочего насоса меньше диаметра всей установки на толщину упомянутого фильтрующего модуля (51) и на величину упомянутого зазора.

Компенсационный узел состоит корпуса (25), ниппеля (35) компенсационного узла, поршня (24), цилиндра (26). Цилиндр (26) установлен в корпусе (25) компенсационного узла, между ниппелем (35) и ниппелем (32) с зазором от корпуса. Поршень (24) расположен внутри корпуса (25) и выполнен с возможностью совершения возвратно-поступательных движений внутри цилиндра (26).

Причем в ниппеле (35) компенсационного узла выполнен канал (29).

Указанные конструктивные элементы объединены в единую конструкцию с конструктивной взаимосвязью погружного объемного насоса, а именно: вал электродвигателя (1) через муфту соединен с валом протектора (2), который, в свою очередь, соединен посредством вала (3) с валом приводного насоса (4), например, шестеренчатого; приводное устройство соединено с гидродвигателем ниппелем (36) приводного устройства, гидродвигатель соединен с рабочим насосом нижним ниппелем (33) рабочего насоса и жестко связан через шток (14) с рабочим насосом, рабочий насос соединен с компенсационным узлом ниппелем (35) компенсационного узла.

Указанные конструктивные элементы погружного объемного насоса объединены функциональной взаимосвязью следующим образом.

Гидрораспределитель (10) установлен на напорной линии приводного насоса (4). Приводной насос (4) через автоматический реверсивный клапан (10) и каналы (40, 41) соединен с гидродвигателем. Канал (40) соединен с полостью цилиндра (39) и далее по каналу (12) внутренней полости направляющего штока (43) - с каналами (52) поршня гидродвигателя. Таким образом, приводной насос (4) через гидрораспределитель (10) гидравлически связан с надпоршневой областью (53) поршня (13) гидродвигателя (13). Канал (41) соединен через зазор, образованный корпусом (37) гидродвигателя и цилиндром (39), с каналом (11). Таким образом, приводной насос (4) через автоматический реверсивный клапан (10) гидравлически связан с подпоршневой областью (54) поршня (13) гидродвигателя.

Поршень гидродвигателя (13) жестко связан с поршнем рабочего насоса (15) через шток поршня гидродвигателя (14).

Рабочий насос выполнен с двумя поршнями (15, 16), соединенными штоком (17). Шток (17) выполнен полым, а его внутренняя полость образовывает нагнетательный канал (23), связывающий надпоршневую область (47) нижнего поршня (15) рабочего насоса через нагнетательный канала (31) и подпоршневую область (49) верхнего поршня (16) рабочего насоса через нагнетательный канал (46) и через полый плунжер (42) с выходом погружного объемного насоса в колонну НКТ.

Внутри штока (17) установлен компенсационный цилиндр (44), внутренняя полость которого образовывает канал (28), связывающий подпоршневую область (48) нижнего поршня (15) рабочего насоса с надпоршневой областью (50) верхнего поршня (16) рабочего насоса через выполненные в верхнем (16) и нижнем (15) поршнях рабочего насоса соединительные каналы.

Канал (45), выполненный в центральном ниппеле (18), связан с подпоршневой областью (49) верхнего поршня (16) рабочего насоса.

Канал (30), выполненный в центральном ниппеле (18), связан с подпоршневой областью (48) нижнего поршня (15) рабочего насоса.

Надпоршневая область (50) верхнего поршня (16) рабочего насоса связана с подпоршневой областью (55) поршня (24) компенсационного узла через канал (27) и канал (28).

Подпоршневая область (55) поршня (24) компенсационного узла заполнена гидравлическим маслом. Надпоршневая область (56) поршня (24) компенсационного узла через канал (29) связана с выходом погружного объемного насоса в колонну НКТ.

Подпоршневая область (55) поршня (24) компенсационного узла связана с надпоршневой областью (47) нижнего поршня рабочего насоса через канал (28) и канал (27).

Фильтрующий модуль (45) установлен коаксиально снаружи корпуса рабочего насоса (38) с зазором.

Всасывающаяся пластовая жидкость, проходя через фильтрующий модуль (51) во всасывающие клапаны (22) и (21), проходя по всасывающим каналам (45) и (30), поступает в подпоршневую область (49) верхнего поршня (16) рабочего насоса и в подпоршневую область (48) нижнего поршня (15) рабочего насоса.

Все трущиеся поверхности и/или поверхности, имеющие контакт с перекачиваемой жидкостью, подвергаются химико-термической обработке, повышающей их характеристики, например хромирование, борирование, азотирование и т.п.

В варианте исполнения заявленного погружного объемного насоса протектор электродвигателя и компенсатор объемного расширения масла выполнены в виде единого блока.

В варианте исполнения заявленного погружного объемного насоса гидрокомпенсатор выполнен виде диафрагмы.

В варианте исполнения заявленного погружного объемного насоса приводной насос выполнен шестеренчатым.

В варианте исполнения заявленного погружного объемного насоса приводной насос выполнен аксиально-поршневым.

В варианте исполнения заявленного погружного объемного насоса в компенсационном узле вместо поршня установлена диафрагма.

Погружной объемный насос крепится к колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) (на чертеже не показано).

Погружной объемный насос работает следующим образом.

Перед погружением установки в скважину полости электродвигателя (1) с протектором (2) и система гидропривода заполняются очищенным маслом, соответствующим рабочему температурному режиму.

При погружении установки в нефтяной пласт добываемая жидкость втекает в полости рабочего насоса соответственно через всасывающие клапаны (21) и (22). Под действием гидростатического давления нагнетательные клапаны (19, 20) открываются, и жидкость заполняет канал (23) и колонну НКТ до уровня пласта.

При включении электродвигателя (1) начинает работать приводной насос (4), который через гидрораспределитель (10) подает масло в одну из полостей гидродвигателя. Если масло по каналу (41) подается под поршень (13), нижний поршень (15) рабочего насоса перемещается вверх, всасывает жидкость по каналу (31) и выталкивает добываемую жидкость через клапан (19) по каналу (23) в колонну НКТ. Верхний поршень (16) рабочего насоса также перемещается вверх и заполняет добываемой жидкостью, проходящей через всасывающий клапан (22), полость рабочего насоса. Одновременно с этим идет слив масла по каналу (12) из полости над поршнем (13). При достижении поршнем (13) крайнего положения давление под ним возрастает, и гидрораспределитель (10) переключает нагнетательную и сливную линии. Рабочий насос совершает обратный ход, выталкивая верхним поршнем (16) через клапан (20) добываемую жидкость в колонну НКТ. Нижний поршень (15), двигаясь вниз, заполняет полость рабочего насоса добываемой жидкостью, проходящей через всасывающий клапан (21) по каналу (30).

Полость под поршнем (24) гидрокомпенсатора в процессе работы всегда находится под давлением благодаря связи каналом (29) надпоршневой полости с выходом рабочего насоса. В результате давление в подпоршневой полости компенсатора передается по каналам (27) и (28) в надпоршневые полости рабочего насоса. Благодаря этому попадание перекачиваемой жидкости в масло исключается.

Приведенное техническое решение, а именно расположение фильтрующего модуля перед всасывающим клапанами, позволит предотвратить попадание механических примесей в рабочую полость насоса и, тем самым, повысить эксплуатационные характеристики насоса, а также его надежность, увеличить срок эксплуатации.

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации малодебитных скважин с осложненными характеристиками нефтяного пласта. Насос содержит погружной электродвигатель, приводной маслонасос, поршневой рабочий насос с всасывающими и нагнетательными клапанами. Рабочий насос жестко связан через шток с поршневым гидродвигателем. Полости гидродвигателя подключены через автоматический реверсивный клапан к всасывающей и нагнетательной линиям приводного маслонасоса. На последней установлен предохранительный клапан, компенсационный узел, надпоршневая полость которого связана с выходом рабочего насоса, масляный бак с фильтрами тонкой очистки масла, компенсатор объемного расширения масла. Электродвигатель снабжен протектором, через вал которого вал электродвигателя кинематически связан с валом приводного маслонасоса. Снаружи корпуса рабочего насоса с зазором от корпуса рабочего насоса установлен фильтрующий модуль, диаметрально не превышающий габаритов погружного объемного насоса. Поршни рабочего насоса выполнены в диаметре меньше диаметра поршня гидродвигателя. Корпус рабочего насоса выполнен в диаметре меньше диаметра корпуса компенсационного узла и корпуса гидродвигателя. Изобретение позволит повысить эксплуатационные характеристики и надежность оборудования. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Погружной объемный насос, содержащий кинематически связанные друг с другом погружной маслозаполненный электродвигатель, протектор, приводной насос, масляный бак с фильтрами тонкой очистки масла, компенсатор объемного расширения масла, гидрораспределитель, фильтр тонкой очистки, предохранительный клапан, фильтр, диафрагму, двухпоршневой рабочий насос с всасывающими и нагнетательными клапанами, жестко связанный через шток с поршневым гидродвигателем, компенсационный узел, надпоршневая полость которого связана с выходом рабочего насоса,

отличающийся тем, что снаружи корпуса рабочего насоса с зазором установлен фильтрующий модуль, при этом диаметр рабочего насоса выполнен меньше диаметра всей установки на толщину упомянутого фильтрующего модуля и на величину упомянутого зазора.

2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что протектор электродвигателя и компенсатор объемного расширения масла выполнены в виде единого блока.

3. Насос по п. 1, отличающийся тем, что приводной насос выполнен шестеренчатым.

4. Насос по п. 1, отличающийся тем, что приводной насос выполнен аксиально-поршневым.

5. Насос по п. 1, отличающийся тем, что компенсационный узел выполнен диафрагменным.

6. Насос по п. 1, отличающийся тем, что трущиеся поверхности и/или поверхности, имеющие контакт с перекачиваемой жидкостью, выполнены с предварительной химико-термической обработкой, повышающей их характеристики.