Силовой агрегат насосной установки для глубокопроникающего гидравлического разрыва перемычек изолированных полостей нефтяных и газовых пластов Российский патент 2024 года по МПК F04B47/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к агрегатам для гидроразрыва нефтяных и газовых пластов, и может использоваться для наиболее полной разработки изолированных полостей при буровых разработках нефтяных и газовых месторождений.

Известны силовые агрегаты насосной установки мобильного комплекса на транспортной колесной базе для глубокопроникающего гидравлического разрыва нефтяных и газовых пластов, содержащие двигатель внутреннего сгорания (ДВС), коробку переключения передач (КПП) и гидронасос, производства Канада и США (КП Cat CX 48-P2300), Германия (КП Cat ZF8TX), в которых используются гидромеханические планетарные КПП типа “Allison”.

Известен силовой агрегат установки для гидроразрыва пластов СИН 31.75 (Каталог продукции. Завод нефтегазового машиностроения Синергия, стр. 26. URL: https://www.sinergia.ru/upload/files/catalog.pdf - Режим доступа: свободный / дата обращения: 12.07.2023), содержащий дизельный двигатель внутреннего сгорания с номинальной мощностью 2000 л.с., автоматической трансмиссией «Caterpillar», «Allison», «ZF», пятиплунжерный гидронасос установленный на транспортной базе - полуприцепе.

Недостатками известных силовых агрегатов являются недостаточная производительность и надежность в связи с использованием ДВС ограниченной мощности и гидронасосов с низким давлением рабочей жидкости, большие потери мощности двигателя при использовании гидротрансформатора в КПП, низкий коэффициент полезного действия и сложность конструкции.

Наиболее близким является силовой агрегат насосной установки для глубокопроникающего гидравлического разрыва перемычек изолированных полостей нефтяных и газовых пластов, содержащий двигатель внутреннего сгорания с эффективной мощностью от 2000 до 3000 л.с., гидронасос и двухвальную двухпоточную многоскоростную высокооборотную коробку переключения передач, промежуточный вал которой связан с двигателем внутреннего сгорания через повышающий обороты планетарный редуктор с неподвижной эпициклической шестерней с передаточным числом i₁=0,25, а грузовой вал через понижающий обороты планетарный редуктор с неподвижной эпициклической шестерней с передаточным числом i₂=4 связан с цилиндро-планетарным понижающим редуктором гидронасоса (Патент RU № 2788355, МПК F04B 47/00, 17.01.2023).

Недостатком указанного изобретения является не эффективное использование потенциала гидронасоса.

Задачей изобретения является разработка конструкции силового агрегата насосной установки для глубокопроникающего гидроразрыва нефтяных и газовых пластов, позволяющая максимально использовать рабочий потенциал соответствующего гидронасоса.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности, надежности и долговечности работы силового агрегата насосной установки, обеспечивающих его эффективное использование.

Технический результат достигается за счет того, что силовой агрегат насосной установки для глубокопроникающего гидравлического разрыва перемычек изолированных полостей нефтяных и газовых пластов, содержащий двигатель внутреннего сгорания, двухпоточную многоскоростную высокооборотную коробку переключения передач, промежуточный вал которой связан с двигателем внутреннего сгорания через повышающий обороты планетарный редуктор с неподвижной эпициклической шестерней с передаточным числом i₁=0,25, а грузовой вал через понижающий обороты планетарный редуктор с неподвижной эпициклической шестерней связан с цилиндро-планетарным понижающим редуктором гидронасоса, снабжен вторым промежуточным валом, связанным с двигателем внутреннего сгорания через повышающий обороты планетарный редуктор с неподвижной эпициклической шестерней с передаточным числом i₁=0,25, центральной шестерней цилиндрического редуктора с передаточным числом i=1, соединенной с солнечной шестерней повышающего планетарного редуктора, и двумя крайними шестернями цилиндрического раздаточного редуктора, на которых установлены промежуточные валы, а эффективная мощность двигателя внутреннего сгорания от 3000 до 6000 л.с.

Сущность изобретения заключается в конструкции силового агрегата с высокооборотной многоскоростной двухпоточной механической коробкой переключения передач (КПП), обеспечивающей регулирование оборотов и переключение передач с приблизительно равными ступенями переключения без разрыва потока мощности в процессе работы установки под нагрузкой с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) с эффективной мощностью от 3000 до 6000 л.с. и соответствующим гидронасосом с максимальным давлением рабочей жидкости.

Дизельный ДВС с эффективной мощностью до 6000 л.с. через повышающий обороты планетарный редуктор с неподвижной эпициклической шестерней и с передаточным числом i₁=0,25 (выбранным исходя из условия ограничения максимальных оборотов подшипников качения) и через центральную шестерню цилиндрического редуктора с передаточным числом i=1, соединенную с солнечной шестерней повышающего планетарного редуктора, связан через крайние шестерни цилиндрического раздаточного редуктора с двумя одинаковыми промежуточными (входными) валами двухпоточной многоскоростной высокооборотной с переключением без разрыва потока мощности КПП с суммирующим планетарным рядом. В суммирующем планетарном ряду к эпициклической шестерне, связанной с грузовым валом КПП, подводится основной поток мощности одновременно от двух одинаковых промежуточных валов КПП, к солнечной шестерне суммирующего планетарного ряда подводится дополнительный поток мощности одновременно от двух одинаковых промежуточных валов КПП.

На фиг. 1 представлена кинематическая схема силового агрегата насосной установки для глубокопроникающего гидравлического разрыва перемычек изолированных полостей нефтяных и газовых пластов.

Силовой агрегат насосной установки для глубокопроникающего гидравлического разрыва перемычек изолированных полостей нефтяных и газовых пластов содержит дизельный ДВС 1 с эффективной мощностью от 3000 до 6000 л.с. n=1800 мин^-1, двухпоточную многоскоростную высокооборотную КПП 2 с двумя промежуточными валами 3, которые связаны с ДВС через повышающий обороты планетарный редуктор 4 с неподвижной эпициклической шестерней 5 с передаточным числом i₁=0,25 и раздаточный цилиндрический редуктор 6 с передаточным числом i=1, центральная шестерня 7 которого связана с солнечной шестерней повышающего планетарного редуктора 8, а крайние шестерни 9 и 10 связаны с промежуточными валами 3. Грузовой вал 11 КПП 2 через понижающий обороты планетарный редуктор 12 с неподвижной эпициклической шестерней 13 с передаточным числом i₂=4 связан с цилиндро-планетарным понижающим редуктором (не показан) гидронасоса 14. В двухпоточной многоскоростной высокооборотной КПП 2 с суммирующим планетарным рядом к эпициклической шестерне 15 подходит основной поток мощности от двух промежуточных валов 3 КПП 2. Зубчатые пары с цилиндрическими шестернями 16, 17, 18, 19 и фрикционные элементы управления 20, 21, 22, 23, фрикционные муфты, дисковый тормоз 24 КПП 2 низшей передачи для остановки грузового вала 11 КПП 2 связаны с эпициклической шестерней 15 суммирующего планетарного ряда. Через пару цилиндрических шестерен 25, 26 и фрикционные муфты 27, 28 к солнечной шестерне планетарного ряда подходит дополнительный поток мощности от промежуточных валов 3 КПП 2. Эпициклическая шестерня суммирующего планетарного ряда связывается с соединенным с картером дисковым тормозом 24 КПП 2. Водило 29 суммирующего планетарного ряда связано с остановочным тормозом (ОТ) 30 силового агрегата и с понижающим обороты планетарным редуктором 6 с неподвижной эпициклической шестерней 13. Выходной вал редуктора 6 соединен через цилиндро-планетарный понижающий редуктор с гидронасосом 14. Цилиндро-планетарный редуктор встроен в гидронасос 14, а валы КПП по компоновке узла расположены горизонтально.

В качестве фрикционных элементов управления могут применяться фрикционные элементы с металлокерамическими дисками, например, со спеченным порошковым фрикционным материалом на медной основе типа МК-5 или на железной основе типа «Шадеф».

Силовой агрегат работает следующим образом.

Для включения передачи в КПП включается один или два фрикционных элемента в основном потоке мощности от двух промежуточных валов к эпициклу суммирующего планетарного ряда и два фрикционных элемента в дополнительном потоке мощности от двух промежуточных валов к солнечной шестерне суммирующего планетарного ряда - одна или две фрикционные муфты или две фрикционные муфты с разных промежуточных валов в дополнительном потоке мощности и дисковый тормоз КПП в основном потоке мощности при включении первой передачи. Переключение всех передач (основных и замедленных) производится без разрыва потока мощности с помощью системы автоматического переключения передач с использованием фрикционных устройств, работающих в масле. Суммарный поток мощности снимается с водила суммирующего планетарного ряда. В силовом приводе при включенной передаче в КПП эпициклическая шестерня, солнечная шестерня и водило суммирующего планетарного ряда вращаются в одном направлении, что исключает паразитную циркулирующую мощность в замкнутом кинематическом контуре.

Для выключения и остановки силового привода применяется ОТ (с металлокерамическими накладками сухого трения на железной основе с материалом типа СМК-137).

При всех выключенных гидроприводом системы управления фрикционных элементах управления силовой поток от ДВС не передается гидронасосу. В этом состоянии можно пользоваться ОТ силового агрегата для его выключения и остановки.

Так как коробка перемены передач с двумя промежуточными одинаковыми валами высокооборотная (до 8000 об/мин на ее элементах по условиям работы подшипников качения), то она компактна и имеет фрикционные элементы управления и зубчатые передачи с пониженными нагрузочными показателями (в 2 раза по сравнению с прототипом), что обеспечивает ее надежную и долговечную работу при использовании ДВС большой мощности.

Компактный механический силовой привод с указанной выше КПП конструктивно прост, имеет высокий КПД, надежен и долговечен в работе, обеспечивает эффективное сочетание дизельного ДВС с эффективной мощностью до 6000 л.с. и установку соответствующего гидронасоса с максимальным давлением рабочей жидкости, позволяющее осуществлять глубокопроникающие гидравлические разрывы изолированных полостей нефтяных и газовых пластов для наиболее полной разработки изолированных полостей при разработке нефтяных и газовых месторождений с большой производительностью и в больших объемах.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к агрегатам для гидроразрыва нефтяных и газовых пластов, и может использоваться для наиболее полной разработки изолированных полостей при буровых разработках нефтяных и газовых месторождений. Силовой агрегат насосной установки для глубокопроникающего гидравлического разрыва перемычек изолированных полостей нефтяных и газовых пластов, содержит двигатель внутреннего сгорания с эффективной мощностью от 3000 до 6000 л.с., двухпоточную многоскоростную высокооборотную коробку переключения передач, промежуточные валы которой установлены на крайних шестернях цилиндрического раздаточного редуктора и связаны с двигателем внутреннего сгорания через повышающий обороты планетарный редуктор с неподвижной эпициклической шестерней с передаточным числом i₁=0,25, а грузовой вал через понижающий обороты планетарный редуктор с неподвижной эпициклической шестерней связан с цилиндро-планетарным понижающим редуктором гидронасоса. Технический результат - повышение производительности, надежности и долговечности работы силового агрегата насосной установки, обеспечивающих его эффективное использование. 1 ил.

Силовой агрегат насосной установки для глубокопроникающего гидравлического разрыва перемычек изолированных полостей нефтяных и газовых пластов, содержащий двигатель внутреннего сгорания, двухпоточную многоскоростную высокооборотную коробку переключения передач, промежуточный вал которой связан с двигателем внутреннего сгорания через повышающий обороты планетарный редуктор с неподвижной эпициклической шестерней с передаточным числом i₁=0,25, а грузовой вал через понижающий обороты планетарный редуктор с неподвижной эпициклической шестерней связан с цилиндро-планетарным понижающим редуктором гидронасоса, отличающийся тем, что силовой агрегат снабжен вторым промежуточным валом, связанным с двигателем внутреннего сгорания через повышающий обороты планетарный редуктор с неподвижной эпициклической шестерней с передаточным числом i₁=0,25, центральной шестерней цилиндрического редуктора с передаточным числом i=1, соединенной с солнечной шестерней повышающего планетарного редуктора, и двумя крайними шестернями цилиндрического раздаточного редуктора, на которых установлены промежуточные валы, а эффективная мощность двигателя внутреннего сгорания от 3000 до 6000 л.с.