гидродвигатель

Формула изобретения

Гидродвигатель, содержащий корпус с каналами подвода и слива рабочей среды, перемычкой и цилиндрической нишей в корпусе перед перемычкой, клапанный гидроаппарат, размещенный в нише, нагруженный полый плунжер, отличающийся тем, что шток клапанного гидроаппарата выполнен со сквозным осевым каналом и подпружиненным клапанным элементом для взаимодействия с полым плунжером, образующий со штоком камеру, сообщенную со сквозным каналом штока, шток снабжен двумя выступами и пружинами, аксиально установленными между перемычкой и каждым из выступов, цилиндрическая ниша выполнена с профиллированной расточкой, образующей с верхним выступом на штоке тормозную камеру, кроме того, в цилиндрической нише установлен двусторонний поршень, нагруженный с обеих сторон пружинами, размещенными в нише, снабженный трубчатым штоком, соосным штоку клапанного гидроаппарата, и взаимодействующий с последним, при этом поршневая полость со стороны штока клапанного гидроаппарата сообщена с полостью корпуса, а противолежащая поршневая полость с полостью штока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области скважинного оборудования нефтегазовой промышленности, в частности, к гидравлическим объемным машинам.

Наиболее близким по технической сущности является гидродвигатель, содержащий корпус с каналами подвода и слива рабочей жидкости, перемычкой и цилиндрической нишей в корпусе перед перемычкой, клапанный гидроаппарат, размещенный в нише, и нагруженный полый плунжер [1]

При существенном снижении дебита скважины уменьшается расход перекачиваемой нефти, что приводит к очень малым скоростям перемещения плунжера. Малые скорости плунжера при незначительном дебите скважины необходимы для сохранения сплошности перекачиваемой жидкости. Очень малые скорости перемещения обуславливают неустойчивость работы клапанного переключателя (гидроаппарата), в следствие чего возникают либо большие холостные перетечки рабочей (запиточной) среды, либо периодические остановки до восстановления режима срабатывания.

В основу изобретения положена задачей создания гидродвигателя для нефтяных скважин не требующего присмотра в условиях существенного изменения дебита полезного ископаемого, что достигается за счет реверсирования гидродвигателя посредством малоинерционных элементов.

Поставленная задача решается гидродвигателем, содержащем корпус с каналами подвода и слива рабочей среды, перемычкой и цилиндрической нишей в корпусе перед перемычкой, клапанный гидроаппарат, размещенный в нише, и нагруженный полый плунжер, при этом шток клапанного гидроаппарата выполнен со сквозным осевым каналом и подпружиненным клапанным элементом для взаимодействия с полым плунжером, образующим со штоком камеру, сообщенную со сквозным каналом штока, шток снабжен двумя выступами и пружинами, аксиально установленными между перемычкой и каждым из выступов, цилиндрическая ниша выполнена с профилированной расточкой, образующей с верхним выступом на штоке тормозную камеру, кроме того в цилиндрической нише установлен двусторонний поршень, нагруженный с обеих сторон пружинами размещенными в нише, снабженный трубчатым штоком соосном штоку клапанного гидроаппарата и взаимодействующим с последним, при этом поршневая полость со стороны штока клапанного гидроаппарата сообщена с полостью корпуса, а противолежащая поршневая полость с полостью штока.

На фиг.1б изображена конструктивная схема гидродвигателя в исходном состоянии; на фиг.1а гидродвигатель после подачи рабочей среды; на фиг.2 - клапанный элемент гидроаппарата двигателя на фиг.1б.

Гидродвигатель содержит корпус 1, полость 2 которого выполнена с перемычкой 3 и цилиндрической нишей 4, подключена к источнику рабочей среды каналом 5 и снабжена от ниши 4 каналом 6 слива отработанной рабочей среды. В полости 2 установлен в исходном положении к упору 7 нагруженный установочной пружиной 8 полый плунжер 9 двойного действия, клапанный гидроаппарат, включающий шток 10 со сквозным каналом 11, с клапанным элементом 12, двумя выступами 13, 14 и встречными пружинами 15, 16 установленным между перемычкой 3 и выступами 13, 14. Плунжер в нижней части снабжен уширением, образующим с корпусом 1 подплунжерную полость 17. Шток 10 установлен в цилиндрической нише 4, которая с торца выполнена с расточкой 18, образующей с верхним выступом 14 тормозную камеру. Клапанный элемент 12 взаимодействует с седлом 19 на торце полого плунжера 9 и выполнен подвижным относительно штока 10, т.е. с образованием камеры 20, из которой элемент 12 нагружен пружиной 21 и давлением среды через отверстие 22 (см. фиг.2).

В цилиндрической нише 4 в контакте с торцем штока 10 установлен трубчатый шток 23, причем место контакта выполнено на герметичным (т.е. протечки среды не исключены) и расположено на входе в канал слива 6. Трубчатый шток 23 уравновешен встречными пружинами 24, 25, установленными с обеих сторон поршня 26, смонтированного в нише 4 вокруг трубчатого штока 23. При этом поршневая полость 27 со стороны штока 10 клапанного гидроаппарата сообщена отверстием 28 с полостью 2 или с каналом 5 (см. фиг.1а) для подачей рабочей среды, а противолежащая поршневая полость 29 сообщена с каналом штока 10 через отверстие 30 и полость трубчатого штока 23. Торец штока 10 со стороны трубчатого штока 23 снабжен проточкой 31, обеспечивающей силовой контакт их вследствие эффекта некомпенсированной площади.

Гидродвигатель работает следующим образом. В исходном положении (см. фиг. 1б) плунжер 9 под действием нагрузки, например, установочной пружины 8, находится в верхнем положении на упоре 7 и взаимодействует с элементом 12 гидроаппарата. При этом гидроаппарат находится в уравновешенном состоянии под действием пружин 15.16. Рабочая среда с насосным давлением через канал 5 заполняет полость 2, воздействует на торец плунжера и на поверхность клапанного элемента 12, при этом дросселирование рабочей среды через негерметичный контакт штока 10 с трубчатым штоком 23 начинает оказывать свое влияние: снижается давление в канале 11 штока 10, в камере 20 через отверстие 22 и в поршневой полости 29 через отверстие 30; под действием перепада давления клапанный элемент 12 с ускорением входит в седло 19 на торец плунжера 9, трубчатый шток 23 отходит от штока 10 из-за перепада давления на поршне 26, полностью открывая выход среде из подплунжерной полости на слив. Под действием давления среды на торец плунжера 9 и на поверхность клапанного элемента 12 плунжер (с перекрытой элементом 12 полностью) движется вниз, совершая полезную работу.

По мере движения плунжера вниз нагружается пружина 16 и в нижнем положении плунжер открывает шток 10 от седла 19 и забрасывает в тормозную камеру 18. В этом движении шток 10 затормаживается и встречается с трубчатым штоком 23. Давление рабочей среды на торец трубчатого штока 23 (со стороны дна ниши) и торец штока 10 (со стороны плунжера) обеспечивает силовой контакт штока 10 с трубчатым штоком 23 и совместные установочные колебания. При этом давлении с обеих сторон поршня выровнено (до Ph), т.к. рабочая среда с насосным давлением заполняют (плунжер с штоком 10 расстыкованы) канал 11, с которым сообщена поршневая полость 29 через отверстие 30. Полость 27 постоянно находится под действием давления рабочей среды.

После взвода штока 10 полость плунжера открывается для поступления рабочей среды. Среда поступает в подплунжерную полость 17 и возвращает плунжер в исходное положение, совершая полезную работу и т.д.

В решении поставленной задачи основную роль играет гидроаппарат. При возвращении плунжера в исходное положение начало взаимодействие его с гидроаппаратом начинается с дросселирования среды через зазор между подвижным клапанным элементом 12 и седлом 19. Возникший перепад давления самой большей величины достаточен, чтобы сдвинуть малоинерционный клапанный элемент 12, который начинает перекрывать седло 19 преодолевая сопротивление слабой пружины 21. Перепад давления быстро возрастает из-за нарастающего дросселирования между штоком 10 и трубчатым штоком 23, обусловленного перемещением последней в сторону дна ниши 4, под действием давления среды в поршневой полости 27. Следовательно с началом взаимодействия плунжера с гидроаппаратом начинается движение малоинерционных клапанного элемента 12 и трубчатого штока 23, что обуславливает реверсирование плунжера за очень короткое время.

Малоинерционный клапанный элемент 12, дросселирование среды на слив между штоком 10 и трубчатым штоком 23, а также чуткое реагирование трубчатого штока на снижение давления в полости плунжера обуславливает работу гидроаппарата как при низком дебите скважины, так и предельно высоком, что исключает необходимость в регулировке гидродвигателя в процессе эксплуатации скважины.

Рабочий орган, например, поршень насоса крепится к плунжеру (на фиг. не показано).