Скважинный гидропоршневой насосный агрегат Советский патент 1983 года по МПК F04B47/04 F15B9/02 

Изобретение относится к технике для подъема пластовых жидкостей из скважин, в частности к скважиьпи гм гидрогюршневым насосным агрегатам,, и может быть использовано в нефтяной, газовой, геологоразведочной и горной отраслях промышленности для откачки жидкости n;i скважин и стволов шахт, пройденных бурением и для создания местной обратной промывки скважины с целью повышения качества крена. Известен скважинный гидропоршневой насосный агрегат, содержащий насос, гидродвигатель, в цилиндре которого установлен поршень с уравнительным штоком и размещенный в корпусе распределительный механизм, выполненный в виде двух золотников, один из которых посредством тяги связан с поршнем двигателя и золотниковой пружины для перестановки золотников 1. Недостатком известной конструкции скважинного гидропоршневого насосного агрегата является низкая надежность в работе при откачке пластовых жидкостей из скважин с больших глубин из-за трудности размещения в габаритах распределительного механизма пружины достаточной жесткости. Наиболее близким к предложенному техническому решению является скважинный гидропоршневой насосный агрегат, содержащий установленные в корпусе насос и гидродвигатель, цилиндр которого разделен поршнем на щтоковую и бесштоковую полости, связанный с цилиндром переводник с впускным и выпускным окнами соответственно для подачи и слива рабочей жидкости и расположенные в цилиндре впускной и выпускной клапаны, последний из которых снабжен пружиной и тягой 2. Недостатком этого скважинного гидропорщневого насосного агрегата является низкая надежность из-за ненадежной перестановки клапанов при работе на повышенных давлениях рабочего агента, что связано с трудностью открытия клапанной пружиной вьшускного клапана. Цель изобретения - повышение надежности при работе на больших глубинах. Указанная цель достигается тем, что в скважинном гидропоршневом насосном агрегате, содержащем установленные в корпусе насос и гидродвигатель, цилиндр которого разделен поршнем на штоковую и бесштоковую полости, связанный с цилиндром переводник с впускным и выпускным окнами соответственно. для подачи и елива рабочей жидкости и расположенные в цилиндре впускной и выпускной клапаны, последний из которых снабжен пружиной и тягой, выпускной клапан дополнительно снабжен камерой с размещенными в ней поршнем и каналом, сообщающим выпускное окно с верхней частью бесштоковой полости цилиндра, причем поршень жестко связан с тягой. На фиг. 1 с.хе.матично представлен скважинный гидропоршневой насосный агрегат в положении перед запуском, разрез; на фиг. 2 - клапанный узел гидродвигателя агрегата в первой фазе перестановки клапанов из нижнего положения в верхнее (поршень дополнительной камеры выпускного клапана находится в верхне.м положении), продольный разрез; на фиг. 3 - клапанныи узел гидродвигателя агрегата в первой фазе перестановки клапанов из вер.хнего положения в нижнее (поршень дополнительной камеры выпускного клапана находится в нижне.м положении), продольный разрез. ,., Скважинный гидропоршневой насосный агрегат содержит установленные в корпусе 1 насос 2 и гидродвигатель 3, цилиндр 4 которого разделен поршнем 5 на штоковую 6 и бесштоковую 7 полости, связанный с цилиндром 4 переводник 8 с впускным 9 и выпускным 10 окнами соответственно для подачи и слива рабочей жидкости и расположенные в цилиндре 4 впускной 11 и выпускной 12 клапаны, последний из которых снабжен пру.жиной 13 и тягой 14. Кроме того, выпускной клапан 12 дополнительно снабжен камерой 15 с размешенным в ней поршнем 16 и каналом 17, сообщающим выпускное « Р f бесштоковой по лости 7 цилиндра 4, причем поршень 16 жестко связан с тягой 14. В средней час™ 2 и гидродвигателем 3 расположена сальниковая перегородка 18, а в нижней части корпуса 1 под насосом 2 установлен башмак 19 с размешенным в нем нагнетательным клапаном 20 насоса. В центральном канале сальниковой перегородки 18 проходит шток 21, связанный своей верхней частью с поршнем 5 гидродвигйтеля 3, а нижней - с 2, причем всасывающий «f Д 23 насоса размешен в его поршне 22. Цилиндр 4 гидродвигателя 3 снабжен окном 24 и связан с центратором 25, выполненным с каналами 26 для прохода жидкости. Тяга 14 находится в центральном канале штока 21, снабжена головкой 27 и соединена с поршнем 16 дополнительной камеры 15 выпускного клапана 12 посредством хвостовика 28. На выпускной клапан 12 опирается толкатель 29, связанный с впускным клапаном 11. Центратор 25 своей верхней частью связан с клапанной коробкой .30, выполненной с каналами 31 и 32 соответственно для прохода жидкости в бесштоковую полость 7 цилиндра 4 гидродвигателя 3 и отвода ее из бесштоковой полости 7. Шток 21 снабжен верхним 33 и нижним 34 ограничителями, между которыми расположена пружина 13. Поршень 22 насоса 2 размешен в цилиндре 35. Скважинный гидропоршневой насосный агрегат работает следующим образом. При подаче рабочей жидкости в гидродвигатель 3 она через впускное окно 9 и окно 24 попадает в штоковую полость 6 цилиндра 4, вызывая подъем связанных между собой штоком 21 поршней 5 и 22 соответственно гидродвигателя 3 и насоса 2. В это время отработавшая жидкость из бесштоковой полости 7 цилиндра 4 вытесняется поршнем 5 через каналы 26 и 32 в выпускное окно 10, а из верхней полости цилиндра 35 насоса 2 жидкость через всасывающий клапан 23 перетекает в нижнюю полость цилиндра 35 насоса, т.е. происходит процесс всасывания жидкости (фиг. 1). Когда поршень 5 доходит до верхнего положения, верхний ограничитель 33 упирается в хвостовик 28, переставляет поршень 16 в верхнее положение, перекрывает каналы 17 и упирается в выпускной клапан 12 (фиг. 2). Благодаря этому пружина 13 сжимается, поскольку система клапанов гидродвигателя 3 удерживается давлением рабочей жидкости на впускной клапан 11. При сжатии пружины 13 увеличивается сила ее давления на клапаны 12 и 11. Когда сила пружины 13 станет больше силы давления рабочей жидкости на впускной клапан 11, выпускной клапан 12 переставляется из нижнего положения в верхнее и перекрывает канал 32 (фиг. 3). Через толкатель 29 сила пружины 13 передается впускному клапану 11 и он открывается (фиг. 3). При верхнем положении клапанов 12 и 11 рабочая жидкость устремляется в бесштоковую полость 7 цилиндра 4 через каналы 31 и 26. Связанные между собой штоком 21. поршни 5 и 22 соответственно гидродвигателя 3 и насоса 2 начинают двигаться вниз, так как рабочая площадь поршня 5 со стороны бесщтоковой полости 7 4 цилиндра 4 больше его площади со стороны штоковой полости 6 цилиндра 4 на величину сечения штока 21. При ходе поршня 22 насоса 2 вниз происходит нагнетание жидкости из нижней полости цилиндра 35 насоса 2 через нагнетательный клапан 20 в водоподъемные трубы (на фиг. I показаны пунктиром). На всем протяжении хода поршней 5 и 22 соответственно гидродвигателя 3 и насоса 2 вниз клапаны II и 12 будут сохранять верхнее положение, благодаря давлению рабочей жидкости на выпускной клапан 12. В нижней точке хода поршня 5 нижний ограничитель 34 упирается в головку 27 тяги 14 и при дальнейшем ходе поршня 5 вниз начинает сжимать пружину 13 до момента, когда сила пружины станет больше силы давления рабочей жидкости на поршень 16 дополнительной камеры 15 выпускного клапана 12. Когда сила сжатой пружины 13 станет больше силы давления жидкости на поршень 16, то выпускной клапан 12 откроется (фиг. 3) и соединит бесштоковую полость 7 цилиндра 4 гидродвигателя 3 с дополнительной камерой 15 и выпускным каналом 32. При этом давление рабочей жидкости резко снижается и силы клапанной пружины 13 станет достаточно для перестановки выпускного клапана 12 в нижнее исходное положение. Канал 32 открывается, а впускной клапан 11 под собственным весом опускается на свое место в клапанной коробке 30 и перекрыоо -,-,х,,оп,, Qr ,,,,,, г; ,. оо „,...„,, вает каналы 31. Поршни 5 и 22 соответственно гидроцилиндра 3 и насоса 2, связанные штоком 21 совершат ход вверх. Цикл повторяется. Использование изобретения обеспечит дополнительную разгрузку выпускного клапана, позволив уменьшить радиальный разпана, позволив уменьшить радиальный размер клапанной пружины, и тем самым появится возможность снизить диаметральный габарит насосного агрегата в целом, что особенно важно при имеющейся тенденции уменьшения диаметров буровых скважин с целью снижения стоимости их сооружения.

Фиг,.3

СКВАЖИННЫЙ ГИДРОПО НЕВОЙ НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ, соде щий установленные в корпусе насос и (Л 00 ел ю 00 4;: родвигатель, цилиндр которого разделен поршнем на штоковую и бесштоковую полости, связанный с цилиндром переводник с впускным и выпускным окнами соответственно для подачи и слива рабочей жидкости и расположеиньге в цилиндре впускной и выпускной клапаны, последний из которых снабжен пружиной и тягой, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при работе на больших глубинах, выпускной клапан дополнительно снабжен камерой с размещенным в ней поршнем и каналом, сообщающим выпускное окно с верхней частью бесштоковой полости цилиндра, причем поршень жестко связан с тягой.