ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ГЛУБОКИЙ НАСОС Советский патент 1934 года по МПК F04F1/08 

Предлагаемый пневматический насос замещения, снабженный поршневыми воздухораспределительными золотниками, предназначается для эксплоатации глубоких нефтяных скважин.

В существующих насосах замещения регулирование подачи и отсечки рабочего газа производится механизмами, расположенными на поверхности земли. У этих насосов после выброса жидкости из скважины рабочее давление воздуха в воздушных трубах сильно падает, что обуславливает малый коэффициент полезного действия.

В целях избежания падения рабочего давления в воздушных линиях, у других существующих насосов, регулирование подачи и отсечки воздуха переносится вниз в скважину, для чего приходится поднимать и опускать длинную колонну труб, спущенных в скважину, в обоих указанных случаях подача и отсечка воздуха не зависит от режима скважины, а производится независимо от него особыми отдельными механизмами. Наконец, существует автоматическое регулирование подачи в зависимости от режима скважины, но оно производится на поверхности, следовательно имеет тот же указанные недостаток - падение давления в воздушных трубах и малый коэффициент полезного действия.

Предлагаемый насос преследует следующие цели: одновременно с перенесением распределения рабочего агента вниз в скважину, в целях сохранения рабочего давления в воздушных линиях и увеличения коэффициента полезного действия установки, связать автоматическое регулирование работы насоса с режимом скважины, ставя работу насоса в зависимость от притока и накопления жидкости в скважине. Это последнее еще больше увеличит коэффициент полезного действия установки устранением возможности пуска воздуха, когда камера замещения еще не заполнена жидкостью. Кроме того, при этом отпадает надобность в установке на поверхности довольно сложных распределительных механизмов, упрощается уход и наблюдении за скважинами и механизмами и, наконец легко устанавливается и автоматически поддерживается оптимальный режим эксплоатации скважин.

На чертеже фиг. 1 изображает вертикальный разрез пневматического глубокого насоса по AВ на фиг. 2; фиг. 2 - поперечный разрез его по CD на фиг. 1; фиг. 3 - вертикальный разрез по EF фиг. 2 с поршневыми золотниками в верхнем положении; фиг. 4 - то же, в нижнем положении; фиг 5 - вертикальный разрез видоизменения насоса; фиг. 6 - то же по MN фиг. 7; фиг. 7 - поперечный разрез его по GH фиг. 5.

Насос замещения состоит из корпуса 29 самого насоса и обычной камеры замещении 24 с приемным клапаном 25, монтированной к нижнему концу корпуса насоса.

Насос замещения спускается в обсадную колонну 26 скважины на двух рядах труб 27 и 28 или на одном ряде труб 27 с паккером. В последнем случае, после спуска насоса, паккер закрепляется между обсадной колонной 26 и трубами 28, отпускаемыми вместе с насосом.

В корпусе 29 насоса имеются два канала - нагнетающий трубопровод 22 и подводящий рабочий газ 30. Канал 22 соединяет подъемные трубы с трубою 23 спущенной донизу камеры 24 замещения. В канале же 30, соединяющем кольцевое пространство между подъемными и воздушными трубами 27 и 28. или пространство над паккером - при одном ряде труб, с камерой 24 замещения, помещен воздухораспределительный аппарат с поршневыми золотниками. Таким образом, сжатий воздух из кольцевого пространства может попадать в камеру 24 замощения, только проходя через воздухораспределительный аппарат.

Воздухораспределительный аппарат состоит из кожуха R (фиг. 2-4) с цилиндрами 3 и 4, в которых помещены нагруженные пружинами 5, 6 поршневые золотники H и В с кольцевыми выточками 1 и 2 на них. Кожух снабжен, разгрузочными пружинными клапанами 9 10 и 11, каналами 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 и патрубком 21, спущенными в камеру 24 замещения с открытым нижним концом. Перемещение поршневых золотников H и В внутри цилиндров 3 и 4 ограничивается сверху пальцами 7 и 8, а снизу гайками.

Канал 18 соединяет пространство внутри цилиндра 3 с угнетающим трубопроводом 22 и подъемными трубами 27, канал 16 соединяет пространство внутри цилиндра 4 с камерой 24 замещения. Остальные каналы ясно видны на чертеже.

Для ясного представления действия насоса следует какое-либо положение поршней взять за начальное и проследить за постепенным их перемещением, разбив цикл на четыре периода.

В первом периоде, при начале работы, когда оба поршня находятся в крайнем нижнем положения (фиг. 4), камера 24 замещения сообщается с подъемными трубами через каналы и выточки 16, 2, 15, 1 и 18. Внутри камеры замещения давление разрежено доступ сжатого воздуха из кольцевого пространства, между трубами 27 и 28 прегражден золотниками, закрывшими канал 14. Жидкость под давлением столба, равным величине погружения, открывает нижний приемный клапан 25 и постепенно наполняет камеру замещения. При этом она вначале закрывает конец патрубков 21 и при дальнейшем подъеме сжимает в них воздух. Давление это передается нижнему основанию золотника H и, когда достигает достаточной величины, начинает двигать его вверх, сжимая пружину 5. При движении вверх золотник H сначала закрывает канал 18, разобщая камеру замещения от подъемных труб, потом закрывает канал 17. наконец открывает канал 14.

Во втором периоде золотник H находится в крайнем верхним положении, золотник В - в крайнем нижнем положении. Сжатый воздух по каналам и выточкам 13, 14, 1, 15, 2, 16 поступает в камеру 21 замещения и постепенно вытесняет жидкость на нее в подъемные трубы. По мере увеличения давления в камере замещения и на нижнее основание золотника В, последний, при достаточной величине этого давления, начинает двигаться в цилиндре 4 вверх. При движении вверх золотник сначала открывает второй конец канала 14, потом закрывает один конец канала 15 и, когда давление в камере 24 доходит почти до максимальной величины, золотник В открывает канал 20.

При следующем третьем периоде оба золотника находятся в крайнем верхнем положении (фиг. 3). Сжатый воздух продолжает поступать в камеру 24 замещения по каналам 13, 14, 2, 16 и одновременно по каналу 20 поступает в цилиндр 3 сверху золотника H. Давление под ним выравнивается и пружина 5 передвинет его в крайнее нижнее положение. При этом сначала закрывается левый конец канала 14, а потом откроются каналы 17, выточка I сообщается с каналом 18.

В последний четвертый период золотник H находился в крайнем нижнем положении, а золотник В в крайнем верхнем положении. Сжатый воздух, продолжая поступать в камеру 24 замещения, двигает столб жидкости вверх подъемным трубам. Как только жидкость выльется из труб наружу или перейдет в подъемные трубы большего диаметра, в случае применения ступенчатых труб в целях использования энергии расширения: воздуха, и вследствие этого давление в камере 24 замещения начнет падать, пружина 6 передвинет золотник В в крайнее нижнее положение. При этом золотник В сначала закрывает канал 20, потом открывает канал 15 и закрывает канал 14, прекращая доступ сжатого воздуха в камеру 24 замещения. Давление в камере 24 замещения разредится. Давление в цилиндре 3 также разредится через канал 17 и клапан 9. Если в цилиндре 4 немного поднялось давление, то он также разгрузится через канал 19 и клапан 10. Клапан же 11 служит для пропуска газа из-под паккера, если насос однородный.

При накоплении жидкости в скважине цикл автоматически повторяется.

Таким образом, насос является насосом замещения с нижним автоматическим регулированием подачи и отсечки воздуха (газа), действующим в зависимости от режима скважины; т.е. в зависимости от притока и накопления жидкости в ней. После выброса жидкости из скважины в воздушных трубах, спущенных в скважину, сохраняется рабочее давление. Насос может работать при одном и двух рядах лифтовых труб.

Видоизменение насоса (фиг. 5, 6, 7) отличается только тем, что вместо патрубка 21, предназначенного для подъема золотника H, применяется поплавок П. Особенностью этого поплавка является то, что камера, в которой он помещается, не имеет непосредственного сообщения с камерой 24 замещения. Это сообщение осуществляется через трубку 23, спущенную в камеру 24 замещения. Благодаря этому действие поплавка продолжается все время, пока жидкость из каморы замещения вытесняется в подъемные трубы, т.е. до того момента, когда золотник В начинает действовать. Кроме того, действие пружин 5 и 6. т.е. давление их на золотники H к В сверху вниз заменено давлением жатого рабочего газа, передаваемым золотникам сверху вниз плунжерами 43 и 42. Величина давления определяется сечением этих плунжеров.

Действие видоизмененного насоса тождественно описаному.

1. Пневмаческий глубокий насос, снабженный поршневыми воздухораспределительными золотниками, отличающийся применением помещенных в кожухе K и сообщающихся патрубком 21 c камерой 24 замещения цилиндров 3, 4 с подпружинными поршневыми золотниками Н и В, имеющими кольцевые выточка 1, 2, из коих цилинр 3 соединен каналом 18 с нагнетающим жидкость трубопроводом 22, цилиндр 4 соединен каналом 16 с упомянутою камерою 24, сообщающеюся периодически помещенными в стенках кожуха K каналами 17, 19 о цилиндрами 3, 4, соединенными между собой каналами 20, 15 и 14, в свою очередь соединенными с подводящими рабочий газ каналами 13, 30.

2. Видоизменение насоса по п. I отличающееся тем, что вместо патрубка 21 применен служащий для подыема поршневого золотника Н поплавок П (фиг. 5), помещенный в камере, сообщающейся с камерой 24 замещения при посредстве трубки 23, а пружины, действующие на поршневые золотники Н и В, заменены находящимися под давлением рабочего газа плунжерами 43 и 42.