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

оо ел to

оо

01 Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к скважинным гидропоршневым насосным агрегатам, и может быть использовано при бурении геологоразведочных скважин для создания повышенных давлений в призабойной зоне, например, при продавливании шламовых пробок, образовавшихся в трубопроводах. Известен скважинный гидропоршневой насосный агрегат, содержащий корпус, цилиндр с поршнем двигателя, золотниковое распределительное устройство, установленные в крышке цилиндра и переключаемое поршнем двигателя в крайних его положениях, цилиндр и поршень насоса, уравнительный пустотелый шток, соединенный с поршнем насоса и систему всасываюших и нагнетательных клапанов насоса 1. Недостатком известного скважинного гидропоршневого насосного агрегата является невозможность создания высоких давлений со стороны линии нагнетания наcoca, достаточных для ликвидации геологических осложнений при бурении скважин, в частности шламовых пробок. Наиболее близким к предл-оженному техническому решению является скважинный гидропоршневой насосный агрегат, содержащий установленные в корпусе насос и гидродвигатель, поршни которых жестко связаны между собой полым штоком, проходящим через сальниковую перегородку, размешенную между двигателем и насосом, цилиндр которого разделен поршнем на нади подпоршневую полости, связанный с цилиндром двигателя переводник с впускным и выпускным окнами соответственно для подачи и слива рабочей жидкости, а также всасывающий и нагнетательный каналы насоса с установленными в них клапанами 2. Недостаток описанной конструкции скважинного гидропоршневого насосного агрегата состоит в том, что она обладает низкой величиной давления жидкости со стороны линии нагнетания насоса, так как давление в цилиндре насоса создается одноступенчато. Цель изобретения - повышение давления нагнетания и безопасности работы при ликвидации шламовых пробок. Цель достигается тем, что в скважинном гидропоршневом насосном агрегате, содержащем установленные в корпусе насос и гидродвигатель, поршни которых жестко связаны между собой полым штоком, проходящим через сальниковую перегородку, размещенную между двигателем и насосом, цилиндр которого разделен поршнем на над- и подпорщневую полости, связанный с цилиндром двигателя переводник с впускным и выпускным окнами соответственно для подачи и слива рабочей жидкости, а также всасывающий и нагнетательный каналы насоса с установленными в них клапанами, подпоршневая полость насоса снабжена расположенным в ней вспомогательным цилиндром и установленной под ней изолированной от скважины камерой, связанной при помощи клапанов с впускным окном, подпоршневой полостью и нагнетательным каналом, а поршень насоса - уравновешивающим штоком, расположенным во вспомогательном цилиндре, полость под которым постоянно сообшена со скважиной, причем в штоке двигателя размещен клапан, установленный с возможностью соединения впускного окна с подпоршневой полостью цилиндра. На чертеже изображен скважинный гидропорщневой насосный агрегат. Агрегат держит установленные в корпусе 1 насос 2 и гидродвигатель 3, соответственно поршни 4 и 5 которых жестко связаны между собой полым штоком 6, проходящим через сальниковую перегородку 7, размещенную между двигателем 3 и насосом 2, цилиндр 8 которого разделен поршнем 4 на над- и .подпорщневую соответственно 9 и 10 полости, связанный с цилиндром 11 двигателя 3 переводник 12 с впускным 13 и выпускным 14 окнами соответственно для подачи и слива рабочей жидкости, а также всасывающий 15 и нагнетательный 16 каналы насоса 2 с установленными в них клапанами 17 и 18. Подпорщневая полость 10 насоса 2 снабжена расположенным в ней вспомогательным цилиндром 19 и установленной под ней изолированной от скважины (на чертеже не показана) камерой 20, связанной при помощи клапанов 17 и 18 с впускным окном 13, подпорщневой полостью 10 и нагнетательным каналом 16, а порщень 4 насоса 2 - уравновешивающим штоком 21, расположенным во вспомогательном цилиндре 19 и полость 22 под которым постоянно сообщена со скважиной, причем в полом штоке 6 двигателя 3 размещен клапан 23, установленный с возможностью соединения впускного окна 13 с подпорщневой полостью 10 цилиндра 8. Цилиндр 8 насоса 2 снабжен окнами 24. Уравновешиваюший шток 21 жестко связан с поршне.м 4 насоса 2. Цилиндр 11 двигателя 3 снабжен окном 25 для подвода рабочей жидкости под поршень 5. В полом штоке 6 двигателя 3 установлен хвостовик 26 с головкой 27, на котором размещены верхний ограничитель 28, клапанная пружина 29 и нижний ограничитель 30. Хвостовик 26 связан с выпускным клапаном 31 двигателя 3, установленным в центраторе 32, снабженном окном 33 для прохода жидкости. Верхней частью центратор 32 связан с клапанной коробкой 34 двигателя 3, снабженной окнами 35 для прохода жидкости и размещения толкателей 36 впускного клапана 37 двигателя 3. Цолость 38 вспомогательного цилиндра 19 снабжена уплотнением 39 и сообщена с полостью 22.

Клапан 18 выполнен в виде двух подпружиненных запорных элементов, верхнего 40 и нижнего 41. Клапан 17 также подпружинен.

Скважинная гидропоршневая насосная установка работает следующим образом.

В случае прихвата бурового снаряда {на чертеже не показан) шламом из-за образования шламовой пробки и прекращения циркуляции промывочной жидкости, неприхваченная часть колонны бурильных труб (не показана) развинчивается по общепринятой технологии путем вращения ее влево. Скважинный гидропорщневой насосный агрегат на бурильных трубах спускается в скважину и соединяется с оставшейся там колонной бурильных труб. Затем включается наземный буровой насос (не показан) и рабочая жидкость (вода или глинистый раствор) подается по колонне бурильных труб в насосный агрегат.

При подаче рабочей жидкости в скважинный гидропоршневой насосный агрегат, она через впускное окно 13 заполнит корпус 1 и через окно 25 пройдет в нижнюю полость цилиндра 11 двигателя 3, вызывая подъем жестко связанных между собой полым штоком б поршней 4 и 5 соответственно насоса 2 и гидродвигателя 3 совместно с уравновешивающим штоком 21. В это время отработанная жидкость из верхней полости цилиндра 11 двигателя 3 будет вытесняться поршнем 5 через окно 33 и выпускное окно 14 в скважину (не показана).

Когда поршень 5 двигателя 3 дойтет до верхнего положения, верхний ограничитель 28 упрется в выпускной клапан 31, благодаря этому клапанная пружина 29 сожмется, поскольку система клапанов двигателя удерживается давлением рабочей жидкости на впускной клапан 37. Сжатие пружины 29 определяется высотой выступа верхнего ограничителя 28 над поршнем 5. При сжатии пружины 29 на величину хода ограничителя 28 поршень 5 двигателя 3 ударяется по выпускному клапану 31. Через толкатель 36 удар поршня 5 передается впускному клапану 37, и он открывается под действием удара поршня 5 двигателя 3 и силы пружины 29, а выпускной клапан 31 поднимается и перекрывает выпускное окно 14. При верхнем положении выпускного 31 и впускного клапанов двигателя 3 жидкость устремляется в верхнюю полость цилиндра 11 двигателя 3 через окна 35 и 33. Жестко связанные между собой полым штоком 6 поршни 4 и 5, а также уравновешивающий щток 21 начинают двигаться вниз, так как рабочая площадь поршня 5 двигателя 3 со стороны верхней полости цилиндра 11 больше его площади снизу на величину площади сечения полого штока 6.

На всем протяжении хода порщней 5 и 4 соответственно, двигателя 3 и насоса 2 вниз, клапаны двигателя 31 и 37 будут сохранять верхнее положение, благодаря давлению рабочей жидкости на выпускной клапан 34. В нижней точке реверса поршня 5, нижний ограничитель 30 упирается в головку 27 хвостовика 26, и при дальнейшем ходе поршня 5 вниз начинает сжиматься клапанная пружина 29 до момента соприкосновения нижнего ограничителя 30 с верхним ограничителем 28. Сила соударения ограничителей 28 и 30 и сжатие пружины 29 вызывает перестановку соответственно выпускного 31 и впускного 37 клапанов двигателя 3 в исходное нижнее положение. Выпускной клапан 31 открьь вается и соединяет верхнюю полость цилиндра 11 с выпускным окном 14, а впускной клапан 37 опускается на свое седло в клапанной коробке 34 и перекрывает впускное окно 35. Вновь жестко связанные между собой поршни 4 и 5 соответственно насоса 2 и двигателя 3 совершают ход вверх и цикл повторяется.

Насос 2 агрегата при этом работает следующим образом. Поршень 4 насоса 2 совершает возвратно-поступательное движение совместно с поршнем 5 двигателя 3. При движении поршня 4 насоса 2 вверх, клапан 23 закрывается, так как давление в надпоршневой полости 9 цилиндра 8 насоса 2 будет больше, чем давление рабочей жидкости за счет разности рабочих площадей поршней 5 и 4 соответственно двигателя 3 и насоса 2. Жидкость из надпоршневой полости 9 цилиндра 8 насоса 2 через окно 24 и нижний клапан 41 подается в нагнетательный канал 16 насоса 2. При этом подпоршневая полость 10 цилиндра 8 насоса 2 через клапан 17, изолированную камеру 20 и всасывающий канал 15 заполняется частью рабочей жидкости, поступающей под давлением в двигатель 3 через впускное окно 13 от наземного приводного бурового насоса.

При ходе поршня 4 насоса 2 вниз из подпорщневой полости 10 цилиндра 8 насоса 2 через всасываюший канал 15, изолированную камеру 20 и верхний клапан 40 жидкость нагнетается в нагнетательный канал 16 насоса 2. Клапаны 17 и 41 закрыты, так как давление нагнетаемой жидкости на них состороны изолированной камеры 20 и нагнетательного кана.ла 16 насоса 2 больше, чем со стороны рабочей жидкости. При этом надпоршневая полость 9 цилиндра 2 через полый щток 6 и клапан 23 заполняется частью рабочей жидкости-, находящейся под давлением.

Использование изобретения позволит повысить давление в нагнетательном канале насоса скважинного гидропоршневого агрегата и тем самым будет способствовать продавливанию шламовых пробок.

СКВАЖИННЫЙ ГИДРОПОРШНЕВОЙ НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ, содержащий установленные в корпусе насо( и гидродвигатель, порни которых жестко сфязаны между собой полым штоком, проходящим через .сальниковую перегородку, размещенную между двигателем и насосом, цилиндр которого разделен поршнем на нади подпоршневую полости, связанный с цилиндром двигателя переводник с впускным и выпускным окнами соответственно для подачи и слива рабочей жидкости, а также всасывающий и нагнетательный каналы насоса с установленными в них клапанами, отличающийся тем, что, с целью повышения давления нагнетания и безопасности работы при ликвидации шламовых пробок, подпорщневая полость насоса снабжена расположенным в ней вспомогательным цилиндром и установленной под ней изолированной от скважины камерой, связанной при помощи клапанов с впускным окном, подпоршневой полостью и нагнетательным каналом, а поршень насоса - уравновешивающим штоком, расположенным во вспомогательном цилиндре, полость под которым постоянно сообщена со скважиной, S причем в штоке двигателя размещен кла(Л пан, установленный с возможностью соединения впускного окна с подпорщневой полостью цилиндра.