При выполнении глубоких плунжерных насосов с приводом от опущенной вместе с насосом в скважину и спаренной с ним машины по типу водостолбовой двойного действия насос с плунжером простого действия сообщал бы агрегату неспокойную работу, так как в нагнетательной системе отсутствовало бы постоянство расхода и давления.
Изобретение предусматривает устройство глубокого диференциального насоса с гидравлическим приводом, с защитой плунжера насоса от влияния песка путем искусственной подачи жидкости в зазор между плунжером и стенкой цилиндра под повышенным давлением, снабженного в нижней подпоршневой части цилиндра гидравлическим компенсатором для уравновешивания действия насоса с диференциальным поршнем, также защищенным от песка подачей жидкости эластичной диафрагмой.
На чертеже фиг. 1 изображает общую установку насоса в скважине в седле, поддерживаемом паккером; фиг. 2 изображает схематически продольный разрез насоса с приводом; фиг. 3 - продольный разрез золотника насоса.
Нефть из промыслового сборника закачивается в отстоечный мерник по имеющемуся трубопроводу. Для пуска насоса открывают задвижки 4, 11, 3, 7, 10 (фиг. 1), закрывают задвижки 2, 8, 6 и, пустив в ход прессовой насос, закачивают нефть в кольцевой напорный трубопровод. После заполнения напорного трубопровода открывают задвижки 9, 8, закрывают задвижку 7 и закачивают нефть в трубопровод рабочей нефти. После этого установка оказывается готовой к пуску. Закрывают задвижки 9, 3, открывают задвижку 2 и одновременным прикрытием задвижки 2 и открытием задвижки 3 установку пускают в ход. Нагнетаемая в скважину рабочая нефть проходит двигатель и возвращается наверх в отстоечный мерник по кольцевому трубопроводу вместе с добытой нефтью. Из отстоечного мерника избыток нефти уходит в промысловый коллектор, циркулирующая часть поступает через фильтр снова на прием насоса. Песок, грязь и вода спускаются в канаву через задвижку 5.
Для контроля за работой установки служат два прибора: манометр на выкиде насоса и вакуумметр на приеме. По показанию вакуумметра судят о загрязнении фильтра. В случае загрязнения последнего вводится в работу второй фильтр (параллельно включенный), а первый фильтр поступает в чистку. Предохранительный клапан служит для защиты прессового насоса в случае аварии.
Показания манометра верхнего насоса дают полную картину работы насосного агрегата. Конструкция агрегата следующая. Рабочая нефть по трубе 1 (фиг. 2) через щели предохранительного колпака 2 поступает в золотниковую камеру. Автоматически действующей золотник 28 производит распределение рабочей нефти, наполняя через каналы 4 и 6 то верхнюю, то нижнюю полости цилиндра двигателя, в котором перемещается поршень 7. Во время наполнения одной из этих полостей золотник через посредство тех же каналов 4 и 6 и канала 5 сообщает противоположную работающей полость с кольцевым трубопроводом, по которому рабочая и добываемая нефть поднимаются наверх.
Золотник 28 цилиндрической формы и может совершать возвратно-поступательное движение вдоль своей оси (фиг. 3). При нижнем положении золотника канал 4 сообщается с трубопроводом рабочей нефти, происходит наполнение верхней полости цилиндра, и поршень идет вниз. Одновременно нефть из нижней полости выжимается через канал 6 и канал 5 в междутрубное пространство. Когда поршень подходит к крайнему нижнему положению, то верхняя кромка распределительного штока 3 открывает находящийся в теле золотника канал 7 и сообщает трубопровод рабочей нефти с камерой 8, которая заполняется рабочей нефтью, и золотник под действием избытка силы снизу переставляется в верхнее положение. При верхнем положении золотника трубопровод рабочей нефти сообщается через каналы 9 и 6 с нижней полостью цилиндра, и поршень идет вверх. Нефть из верхней полости цилиндра через каналы 4 и 5 выжимается в затрубное пространство. Когда поршень подходит к крайнему верхнему положению, канавки на распределительном штоке (на чертеже не показанные) сообщают полость 8 с затрубным пространством через каналы 6 и 5. Нефть из полости 8′ выжимается в затрубное пространство под действием избытка силы сверху, и золотник переходит в нижнее положение и т.д.
Насос по конструкции подобен современным штанговым плунжерно-манжетным насосам одинарного действия с двумя шаровыми клапанами, но плунжер его проходной и снабжен приспособлением, предназначенным для качания нефти с песком без износа плунжера и цилиндровой втулки.
Для защиты плунжера от песка рабочая нефть из нижней полости цилиндра двигателя, через окно 9 и канал 10 полого штока 8 поступает к кольцевой выточке 21 на поверхности плунжера. Вследствие того, что давление рабочей нефти в кольцевой выточке 21 всегда больше давления в цилиндре насоса, устанавливается постоянная искусственно созданная подача чистой нефти через зазор в цилиндр насоса, благодаря чему не происходит попадания в зазор песка вместе с качаемой нефтью.
Данный насос гарантирует качку нефти с большим содержанием песка без износа плунжера и цилиндра насоса. Подача может быть регулируема длиной плунжера, величиной зазора и калиброванными отверстиями.
Поршень 7 двигателя, компенсирующий поршень 11 и плунжер 20, 22 насоса составляют одну систему и связаны между собою штоками 8, 18. Верхняя рабочая площадь поршня 11 равна половине площади плунжера насоса. Через эластичную диафрагму 15 и слой масла, которым заполнена верхняя полость цилиндра, эта сторона поршня 11 подвержена давлению напорного трубопровода и составляет вместе с плунжером насоса плунжер нормального диференциального насоса. Нижняя сторона поршня 11 является компенсатором нижней стороны поршня 7, ослабленного штоком 8, в то время как рабочая площадь верхней стороны поршня 7 постоянна, так как распределительный шток 3, конец коего находится в золотниковой камере, всегда подвержен давлению рабочей нефти. При заполнении нижней полости основного цилиндра 17 нефть через окно 9 и полый шток 8 поступает под поршень 11. Применением компенсирующего поршня достигается постоянство потребляемой насосом на нагнетание мощности, а также постоянство мощности, отдаваемое двигателем агрегата. Так как глубокие насосы часто работают с большим подпором на приеме (глубину погружения насоса под уровень нефти может доходить до 150 м и больше), то для полной уравновешенности агрегата необходимо диференцировать этот подпор между ходом вверх и ходом вниз. Для этой цели служит пространство над плунжером 20, которое каналом 23 сообщено с всасывающей трубой. При условии равенства площадей главного поршня 7 и плунжера 20, 22 рабочая часть плунжера 20 с верхней стороны имеет площадь, равную половине площади плунжера, что дает деление мощности подпора на равные части во время хода вверх и вниз.
Резиновая диафрагма 15 служит также защитой от попадания нефти с песком в агрегат. Защитой верхней части плунжера 20 от попадания в нее нефти с песком служит воздушный буфер, который образуется над плунжером 20 и в кольцевой щели 23 вовремя опускания насоса под уровень. Давлением жидкости во время погружения насоса воздух во всасывающей трубе сжимается и вгоняется в кольцевую щель 23. Объем кольцевой щели 23 рассчитан так, что при ходе плунжера вниз нефть подымается по ней только до середины насосного цилиндра.
Пространства над поршнями 7 и 11 перед спуском агрегата заливаются маслом.
Действие насоса при ходе вверх состоит в следующем. В низшем положении поршня 7 канал 7′, наполняющий камеру под золотником, открыт. Под давлением рабочей нефти золотник идет вверх. Рабочая нефть через канал 6 поступает под поршень 7 и одновременно через окно 9, полый шток 8 и окно 12 под поршень 11. Поршни идут вверх. Нефть из верхней полости поршня 7 через каналы 4 и 5 выдавливается в напорный трубопровод насоса. Масло, находящееся над поршнем 11, через щели 13 выдавливается под резиновую диафрагму 15, раздувает ее, и она в свою очередь выдавливает нефть через щель 14 в напорный трубопровод. Происходит нагнетание. Плунжер 20, 22 подымается вверх. Открывается всасывающий клапан 26, и нефть заполняет цилиндр. Одновременно над плунжером происходит выдавливание сжатого воздуха в кольцевую щель 23.
После подъема поршня шток 3 переставляет золотник в нижнее положение. Рабочая нефть через канал 4 поступает в пространство над поршнем 7. Поршни идут вниз и нефть из нижних полостей поршней 7 и 11 через каналы 6 и 5 выдавливается в напорный трубопровод. Клапан 25 открывается, и нефть из-под плунжера нагнетается в напорный трубопровод. Часть нагнетаемого объема нефти через щель 14 поступает в кольцевое пространство между цилиндром 16 и диафрагмой 15, сжимает ее и вдавливает масло через щель 13 в пространство над поршнем 11. Сжатый воздух перемещается вверх по щели 23 и заполняет пространство над плунжером.
Число ходов плунжера регулируется производительностью прессового насоса.
Преимущества данного изобретения состоят в следующем: 1) в высоком коэфициенте полезного действия, увеличивающемся с увеличением глубины установки насоса, 2) в упразднении штанг со всеми связанными с ними недостатками, 3) в приближении двигателя к насосу и упразднении громоздкого надземного оборудования, 4) в циркуляционной смазке всех трудящихся частей агрегата, 5) в гарантии от попадания в агрегат грязи и песка, 6) в защите от износа песком плунжера и цилиндра насоса и в постоянной промывке цилиндра, насоса, 7) в уравновешенности агрегата, 8) в использовании эксплоатационной колонны в качестве насосной трубы, так как регулируемая скорость движения нефти в нагнетательном трубопроводе гарантирует от выпадения песка, 9) в невысоком перепаде давления рабочей нефти в агрегате и, как следствие, в невысоком давлении прессового насоса и уменьшении утечек, 10) в относительной простоте конструкции по сравнению с современными телескопными (песочными) насосами, 11) в легком подъеме насоса наверх, сопряженном с развинчиванием одной колонны труб, 12) в потребности для установки и работы насоса одной (вариант с паккером) или двух колонн труб (при отсутствии паккера), 13) в промывке нижнего фильтра и напорного трубопровода, достигаемой незначительным подъемом насоса за колонну рабочих труб, 14) в уравновешенности агрегата при любом погружении под уровень и колебаниях последнего.
1. Глубокий диференциальный насос гидравлическим приводом от опускаемой вместе с ним в скважину водостолбовой машины, с защитой от влияния песка путем искусственной подачи жидкости в зазор между насосным поршнем и цилиндром под повышенным давлением, отличающийся тем, что, в целях уравновешивания действия насоса, нижняя подпоршневая часть цилиндра 17 верхней головки диференциального поршня 11 использована в качестве гидравлического компенсатора, с каковой целью канал 18 полого поршневого штока 8 снабжен окном 12 для впуска и выпуска рабочей жидкости в полость цилиндра 17 под головкой диференциального поршня 11.
2. Форма выполнения насоса по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью предохранения от песка верхней рабочей головки диференциального поршня 11 и его цилиндра 17, применена эластичная диафрагма, отделяющая подпоршневую часть цилиндра 17, наполняемую какой-либо чистой жидкостью например, маслом, от подаваемой по системе насосных труб насосом жидкости.
