Модульная насосная станция (МНС) с поршневым водяным насосом и гидравлическим приводом Российский патент 2023 года по МПК F04B47/04 F04B23/00 

Изобретение относится к насосным установкам высокого давления для перекачивания воды и водных растворов, может применяться для замены цементировочных агрегатов на нефтяных и газовых скважинах при проведении операций заполнения скважин, опрессовки скважин, охлаждении инструмента при фрезеровании скважин и так далее.

При капитальном и текущем ремонте скважин нередки случаи, когда требуется закачать воду или водный раствор в скважину или провести опрессовку скважины.

Для этого необходимо подогнать к скважине цементировочный агрегат на автомобильном шасси и подключив его к источнику воды или водного раствора (стационарная или передвижная емкость) подать жидкость в скважину через скважную арматуру. Подобный подход является экономически не обоснованным, так как используются избыточные мощности цементировочного агрегата, происходит износ шасси и повышенный расход топлива во время движения цементировочного агрегата к скважине.

Уровень техники

Из уровня техники известна насосная станция, предназначенная для подачи рабочей жидкости в виде масла в исполнительные гидравлические механизмы, работающие в условиях необходимости защиты от воспламенения, преимущественно в условиях подземных горных выработок при добыче полезного ископаемого с наличием взрывоопасной окружающей среды. Обеспечивается большая безопасность работы, находящейся вблизи исполнительных механизмов горных машин насосной установки при использовании масла для питания исполнительных гидравлических механизмов в условиях наличия взрывоопасной окружающей среды с обеспечением тепловой защиты гидросистемы. Имеется гидронасос с приводом от двигателя, маслобак, напорная и всасывающая из маслобака масляные гидролинии гидронасоса, сливная в маслобак гидролиния, противоаварийное устройство (RU 195624 U1 2020.02.03).

Известна также установка механизированной добычи жидкости из нефтяных скважин, которая может быть использована для оптимизации технологии непрерывной и периодической эксплуатации нефтедобывающих скважин с помощью погружных электронасосов. Установка состоит из наземной станции управления, колонны насосно-компрессорных труб с закрепленной погружной установкой. Погружная установка включает маслозаполненный электродвигатель, гидрозащиту, рабочий насос, состоящий из приводного маслонасоса и плунжерного насоса. Маслозаполненый электродвигатель выполнен с рабочим номинальным напряжением меньше 380 В на величину потери напряжения, зависящей от глубины спуска всей установки. Электродвигатель подключен к станции управления посредством погружного кабеля. Станция управления напрямую подключена к 3х фазной сети переменного тока номинальным напряжением 380 В (RU 167165 U1 2016.12.27).

Механическая гидравлическая насосная установка с встроенным радиатором, характеризующаяся тем, что она содержит радиатор, заполненный маслом и расположенный над двигателем и между всасывающим баком и маслосливным баком, и составляющий одно целое с каркасом упомянутого агрегата, причем уровень масла во всасывающем баке меньше уровня масла в маслосливном баке на величину, достаточную для обеспечения энергии для перемещения по радиатору масла для его охлаждения (RU 2 672 289 C1 2018.11.13).

Данное техническое решение является наиболее близким аналогом к заявленной полезной модели и может выступать в качестве прототипа.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема, на решение которой направлено заявленное решение расширение функциональных возможностей.

Технические результаты заявленного изобретения заключается в сокращении времени монтажа модульной насосной станции непосредственно на подъёмные агрегаты, обеспечении возможности подключения ее к штатной гидросистеме подъемных агрегатов для работы гидронасоса и обеспечении ее полной работоспособности при экстремально низких температурах в условиях крайнего Севера.

Указанные технические результаты достигаются в насосной станции содержащей масляный радиатор, гидромотор и гидронасос, при этом содержит защитный кожух, выполненный в виде модуля и содержащий разъемы для подключения гидромотора, масляного радиатора для питания от гидравлической системы подъемного агрегата, а также дополнительно содержит монтажные салазки, соединенные с защитным кожухом, выполненные с возможностью крепления к подъемному агрегату.

Дополнительная особенность заключается в том, что, МНС содержит электрический подогревающий контур.

Заявленное изобретение поясняется на графических материалах.

На (Фиг. 1) представлена схема предлагаемой модульной насосной станции (МНС), где 1 – внешний защитный кожух, 2 – электрический контур обогрева, 3 – вход гидромотора, 4 – выход гидромотора, 5 – вход масляного радиатора, 6 – выход масляного радиатора, 7 – вход гидронасоса, 8 – выход гидронасоса, 9 – приводной вал гидромотора, 10 – гидромотор, 11 – гидронасос, 12 – масляный радиатор, 13 – монтажные салазки.

Указанные технические результаты достигаются за счет изготовления насосной станции в виде универсального модуля, имеющего разъёмы подключения гидравлической системы и питания от сети подъёмного агрегата, контур масляного подогрева через масляный радиатор, контур электрического подогрева за счет электрических нагревателей, приводимого в движение за счет гидромотора и способного развивать давления перекачиваемой жидкости до 30 МПа.

В альтернативном варианте исполнения МНС содержит датчик сухого хода, регулятор давления, предохранительный клапан, обратный клапан, датчик давления, систему электронной индикации давления, необходимые для реализации возможностей по управлению давлением выходного потока гидронасоса (регулятор давления), постановки выходной линии гидронасоса на удержание давления длительное время (обратный клапан), отключения гидромотора по команде системы электронной индикации давления при достижении установленного давления (система электронной индикации давления), сброса лишней жидкости из выходной линии гидронасоса для предотвращения аварий, связанных с превышением предельно установленного давления в выходной линии гидронасоса (предохранительный клапан).

В альтернативном варианте исполнения МНС содержит как минимум один механический манометр, требуемый для индикации и контроля давления в выходной линии гидронасоса.

В альтернативном варианте исполнения МНС содержит как минимум один электромеханический манометр, устанавливаемый в выходную линию гидронасоса и необходимый для управления механизмом отключения гидромотора при достижении требуемого давления в выходной линии гидронасоса.

Возможность монтажа предлагаемого устройства, включающего гидромотор, гидронасос, первый и второй контура обогрева, в виде модуля на подъемные агрегаты позволяет с высокой скоростью эффективностью проводить операции по проведению заполнения скважин водой или водными растворами, опрессовки скважин, охлаждении инструмента при фрезеровании в скважинах.

Принимая во внимание то, что в насосной станции применен гидромотор, а напряжение питания не превышает 24 вольта постоянного тока, МНС соответствует нормам промышленной безопасности при эксплуатации на пожаро- и взрывоопасных объектах в нефтяной и газовой промышленности.

Наличие масляного контура подогрева насосной станции позволяет использовать тепло, образующееся при работе гидроключа подъемного агрегата, так как вход подогревающего масляного радиатора подключен к линии обратного возврата масла в масляный бак, нагревающейся при работе гидромотора гидроключа. Таким образом, основной подогрев МНС осуществляется за счет выбрасываемого в атмосферу паразитного тепла, выделяемого гидроключом при работе линии возврата масла в гидробак.

Наличие второго, электрического контура подогрева, питающегося от электрической сети подъемного агрегата 24 вольта позволяет дополнительно включать контур при экстремально низких температурах, добавляя дополнительный тепловой поток к масляному контуру обогрева, поддерживать рабочую температуру при неработающей линии гидроключа или поддерживать рабочую температуру при перегоне подъемного агрегата.

Осуществление изобретения

МНС представляет собой защитный кожух (1), содержащий в себе гидромотор (10), гидронасос (11), масляный подогревающий радиатор (12), электрический контур подогрева (2). Защитный кожух (1) крепится на монтажные салазки (13), прикрепленные к подъёмному агрегату.

Гидромотор (10) через вход гидромотора (3) и выход гидромотора (4) подключается к гидравлической системе подъемного агрегата, приводящей в движение гидравлический ключ подъемного агрегата. При включении гидравлической системы подъемного агрегата, гидромотор (10) через приводной вал гидромотора (9) начинает вращать гидронасос (11). Вода через вход гидронасоса (7) поступает в гидронасос (11) и под давлением выходит через выход гидронасоса (8). Параметры гидронасоса (11) подобраны таким образом, что бы вся мощность, передаваемая гидросистемой подъемного агрегата, была использована на формирование давления и скорости подачи жидкости в скважину в установленных параметрах (например, давление 10 МПа при подаче воды 160 литров в минуту)

В предпочтительном варианте исполнения, МНС содержит в себе масляный радиатор (12). Вход масляного радиатора (5) подключен к выходной линии гидравлического ключа подъемного агрегата, что позволяет прогонять подогретое работой гидравлического ключа масло через масляный радиатор (12). Отдавшее тепло в масляном радиаторе (12) масло подается на выход масленого радиатора (6) и по гидравлической линии возвращается в масляный бак подъемного агрегата. Таким образом, при работе подъемного агрегата при отрицательных температурах, излишнее тепло не выбрасывается в окружающую среду, а направляется на обогрев МНС.

В альтернативном варианте исполнения, МНС содержит в себе второй электрический подогревающий контур (2), который может быть выполнен из саморегулируемого кабеля, работающего от напряжения электрической сети подъемного агрегата или в виде теплового одеяла, прошитого саморегулирующимся кабелем, работающим от напряжения электрической сети подъемного агрегата. Саморегулируемый кабель (на рисунке не показан) может включаться принудительно оператором МНС или автоматически по датчику температуры (на рисунке не показан) для создания дополнительного контура обогрева в периоды, года не работает обогрев от масляного радиатора (12).

Изобретение относится к насосным установкам высокого давления для перекачивания воды и водных растворов. Насосная станция содержит масляный радиатор, гидромотор и гидронасос, защитный кожух, выполненный в виде модуля, и содержащий разъемы для подключения гидромотора, масляного радиатора и питания к гидравлической системе подъемного агрегата. При этом вход масляного радиатора выполнен с возможностью подключения к выходной линии гидравлического ключа подъемного агрегата, обеспечивая прогон подогретого масла через масляный радиатор, отдавшее тепло в масляном радиаторе масло подается на выход масляного радиатора и по гидравлической линии возвращается в масляный бак подъемного агрегата. Также дополнительно содержит монтажные салазки, соединенные с защитным кожухом и выполненным с возможностью крепления к подъемному агрегату. Техническим результатом изобретения является сокращении времени монтажа модульной насосной станции непосредственно на подъёмные агрегаты, обеспечении возможности подключения ее к штатной гидросистеме подъемных агрегатов для работы гидронасоса и обеспечении ее полной работоспособности при экстремально низких температурах в условиях крайнего Севера. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Насосная станция, содержащая масляный радиатор, гидромотор и гидронасос, отличающаяся тем, что содержит защитный кожух, выполненный в виде модуля, и содержащий разъемы для подключения гидромотора, масляного радиатора и питания к гидравлической системе подъемного агрегата, при этом вход масляного радиатора выполнен с возможностью подключения к выходной линии гидравлического ключа подъемного агрегата, обеспечивая прогон подогретого масла через масляный радиатор, отдавшее тепло в масляном радиаторе масло подается на выход масляного радиатора и по гидравлической линии возвращается в масляный бак подъемного агрегата, а также дополнительно содержит монтажные салазки, соединенные с защитным кожухом и выполненным с возможностью крепления к подъемному агрегату.

2. Насосная станция по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит электрический подогревающий контур.

3. Насосная станция по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит датчик сухого хода, регулятор давления, предохранительный клапан, обратный клапан, датчик давления, систему электронной индикации давления.