скважинный электрогидроприводной насосный агрегат

Формула изобретения

Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат для добычи нефти, содержащий масляный насос с приводом от погружного электродвигателя с компенсатором, рабочий поршневой насос с поршневым цилиндром, всасывающим клапаном, размещенным в поршне, и нагнетательным клапаном и гидродвигатель для привода рабочего поршневого насоса, причем полости цилиндра гидродвигателя связаны через распределитель масла со входом и через предохранительный клапан - с выходом масляного насоса, и шток поршня гидродвигателя через протектор соединен с поршнем рабочего поршневого насоса, кроме того, агрегат снабжен масляным баком с компенсатором его объема, в одной из секций которого установлены переливной клапан, регулятор расхода и фильтр, отличающийся тем, что гидродвигатель снабжен ограничителем хода поршня и путевым распределителем, а рабочий поршневой насос снабжен перепускной магистралью, дополнительным поршневым цилиндром с дополнительным поршнем и размещенным в последнем дополнительным всасывающим подпружиненным клапаном, при этом дополнительный поршень жестко соединен посредством промежуточного штока с расположенным ниже него поршнем рабочего поршневого насоса, полости поршневых цилиндров разделены золотником распределителя откачиваемой среды, в стенке распределителя откачиваемой среды выполнены два ряда отверстий для сообщения рабочих полостей насоса с перепускной магистралью, образованной посредством оболочки, с внешней стороны охватывающей оба поршневые цилиндра, причем перепускная магистраль снабжена распределительным клапаном, расположенным между рядами отверстий распределителя откачиваемой среды, и выше дополнительного поршневого цилиндра подключена к нагнетательному клапану.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к насосным установкам, предназначенным для подъема жидкости с больших глубин, например, нефти из скважин.

Известен погружной диафрагменный электронасос, содержащий электродвигатель с компенсатором, кинематически связанный с плунжером приводного насоса, установленным в заполненном маслом корпусе, который герметично изолирован от перекачиваемой жидкости эластичными рабочей диафрагмой и компенсатором; в головке электронасоса установлены всасывающий и нагнетательный клапаны (RU 2062906, F 04 В 47/06, 27.06.1996).

Недостатком известной конструкции является низкий КПД, характерный для диафрагменных электронасосов, и невысокая надежность работы, ввиду частого выхода из строя элементов кинематики.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является скважинный электрогидроприводной насосный агрегат для добычи нефти, содержащий масляный насос с приводом от погружного электродвигателя с компенсатором, рабочий поршневой насос с поршневым цилиндром, всасывающим клапаном, размещенным в поршне, и нагнетательным клапаном и гидродвигатель для привода рабочего поршневого насоса, причем полости цилиндра гидродвигателя связаны через распределитель масла со входом и через предохранительный клапан - с выходом масляного насоса, и шток поршня гидродвигателя через протектор соединен с поршнем рабочего поршневого насоса, кроме того, агрегат снабжен масляным баком с компенсатором его объема, в одной из секций которого установлены переливной клапан, регулятор расхода и фильтр, а гидродвигатель снабжен гидротормозом и ограничителем поворота штока, (см., патент РФ 2166668, кл. F 04 В 47/08, 10.05.2001).

В данном скважинном электрогидроприводном насосном агрегате достигнуто повышение надежности работы за счет повышения герметичности конструкции гидродвигателя. Однако производительность данного агрегата недостаточна, что связано с циклической подачей откачиваемой среды агрегатом.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение производительности за счет обеспечения подачи откачиваемой среды потребителю в период обратного “холостого” хода поршня насоса.

Указанная задача решается за счет того, что скважинный электрогидроприводной насосный агрегат для добычи нефти содержит масляный насос с приводом от погружного электродвигателя с компенсатором, рабочий поршневой насос с поршневым цилиндром, всасывающим клапаном, размещенным в поршне, и нагнетательным клапаном и гидродвигатель для привода рабочего поршневого насоса, причем полости цилиндра гидродвигателя связаны через распределитель масла со входом и через предохранительный клапан - с выходом масляного насоса, и шток поршня гидродвигателя через протектор соединен с поршнем рабочего поршневого насоса, кроме того, агрегат снабжен масляным баком с компенсатором его объема, в одной из секций которого установлены переливной клапан, регулятор расхода и фильтр, а гидродвигатель снабжен ограничителем хода поршня с путевым распределителем, при этом рабочий поршневой насос снабжен перепускной магистралью, дополнительным поршневым цилиндром с дополнительным поршнем и размещенным в последнем дополнительным всасывающим подпружиненным клапаном, дополнительный поршень жестко соединен посредством промежуточного штока с расположенным ниже него поршнем рабочего поршневого насоса, полости поршневых цилиндров разделены золотником распределителя откачиваемой среды, в стенке распределителя откачиваемой среды выполнены два ряда отверстий для сообщения рабочих полостей насоса с перепускной магистралью, образованной посредством оболочки, с внешней стороны, охватывающей оба поршневые цилиндры, причем перепускная магистраль снабжена распределительным клапаном, расположенным между рядами отверстий распределителя откачиваемой среды, и выше дополнительного поршневого цилиндра подключена к нагнетательному клапану.

Повышение производительности достигается за счет того, что рабочий поршневой насос выполнен двухпоршневым, при этом происходит попеременная подача потребителю откачиваемой из скважины среды из двух поршневых цилиндров. Таким образом при обратном ходе поршня потребителю производят подачу откачанной из скважины среды из дополнительного поршневого цилиндра, а при обратном ходе дополнительного поршня подача потребителю откачанной среды производится из “основного” поршневого цилиндра, что позволяет поднять производительность агрегата в 2 раза.

Главной особенностью данного агрегата является четкая синхронизация работы дополнительного и “основного” поршней. Этого удалось добиться за счет расположения между поршневыми цилиндрами распределителя откачиваемой среды с золотником и выполнения перепускной магистрали с распределительным клапаном. В результате в период подачи потребителю откачиваемой среды из дополнительного поршневого цилиндра предотвращается ее поступление в нижерасположенный поршневой цилиндр, который в это время заполняется в режиме всасывания откачиваемой средой. В свою очередь, золотник перекрывает отверстия в стенке дополнительного поршневого цилиндра во время подачи потребителю откачиваемой среды из поршневого цилиндра по перепускной магистрали в обход расположенного выше дополнительного поршневого цилиндра.

В результате удалось создать компактную установку, которая при незначительном увеличении диаметра позволила удвоить производительность скважинного электрогидроприводного насосного агрегата.

На фиг.1 изображен продольный разрез скважинного электрогидроприводного насосного агрегата, на фиг.2 - разрез А - А на фиг.1.

Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат содержит кинематически связанные между собой погружной электродвигатель 1 с компенсатором и масляный насос 2, рабочий поршневой насос 3, включающий поршневой цилиндр 13 с всасывающим клапаном 4, установленным в поршне 5 насоса 3 и нагнетательный клапан 6. Рабочий поршневой насос 3 приводится в действие гидродвигателем 7. Полости 8 и 9 цилиндра 10 гидродвигателя 7 сообщены через распределитель 11 с входом и выходом масляного насоса 2. Шток 12 гидродвигателя 7 соединен с поршнем 5 рабочего поршневого насоса 3 через протектор 14 с упругой диафрагмой 15. Распределитель 11 выполнен гидроуправляемым для обеспечения попеременного соединения полостей 8 и 9 гидродвигателя 7 с входом и выходом масляного насоса 2 при достижении поршнем 16 гидродвигателя 7 крайних положений.

Кроме того, распределитель 11 соединен посредством трубопровода 17 и выполненного в задней крышке 19 гидродвигателя 7 канала 18 соответственно с верхней 8 и нижней 9 полостями цилиндра 10 гидродвигателя 7. Масляный бак 20 содержит две секции 21 и 22. Секция 22 бака содержит эластичную диафрагму.

Рабочий поршневой насос 3 снабжен дополнительным поршневым цилиндром 23 с дополнительным поршнем 24 и подпружиненным клапаном 25. Дополнительный поршень 24 жестко соединен посредством промежуточного штока 26, проходящего через подвижный золотник 27 распределителя откачиваемой среды 28, с поршнем 5. Снаружи рабочего поршневого насоса 3 размещена оболочка 29, образующая перепускную магистраль 30. Между дополнительным поршнем 24 и нагнетательным клапаном 6 установлена перегородка 31 с отверстиями 32 для прохода нефти из скважины и отверстиями 33 для прохода нефти из перепускной магистрали 30 в колонну насосно-компрессорных труб 34 через нагнетательный клапан 6. Распределитель откачиваемой среды 28 поочередно перекрывает отверстия, сообщающие полости поршневых цилиндров 13 и 23 с перепускной магистралью 30. Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат прикреплен к колонне насосно-компрессорных труб 34. Для исключения возможного контакта поршня 16 с передней и задней крышками гидродвигателя 7 агрегат снабжен ограничителем хода поршня 16, выполненного в виде стержня 35, взаимодействующего с путевым распределителем 36, обеспечивающим гидравлическое переключение распределителя 11 в крайних положениях поршня.

Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат работает следующим образом.

При спуске насосного агрегата в скважину добываемая жидкость поступает в полости цилиндров 13 и 23 рабочего поршневого насоса 3 соответственно через отверстия 32 и 37. Под действием гидростатического давления всасывающие 4, 25 и нагнетательный 6 клапаны открываются, и жидкость заполняет колонну насосно-компрессорные труб 34 до уровня жидкости в кольцевом пространстве скважины. При включении погружного электродвигателя 1 начинает работать масляный насос 2, который через распределитель 11 и систему трубопровод 17 - канал 18 подает масло под давлением в нижнюю полость 9 цилиндра 10 гидродвигателя 7. Поршень 16 перемещается вверх, вытесняя масло из полости 8 цилиндра 10. Масло по трубопроводу 17 через распределитель 11 и секции 21 и 22 бака 20 и фильтр 38 подается на вход масляного насоса 2.

Разница между объемными расходами нагнетаемого в цилиндр 10 и вытесняемого из него масла, обусловленная наличием штока 12 в верхней полости, компенсируется за счет изменения объема секции 22 бака 20 с эластичной диафрагмой. Такая конструкция бака 20 обеспечивает компенсацию изменения объема масла вследствие влияния температуры.

Когда поршень 16 гидродвигателя 7 достигает верхнего положения, происходит переключение распределителя 11 посредством взаимодействия стержня 35 с путевым распределителем 36 и осуществляется обратный ход связанных друг с другом рабочих органов поршня гидродвигателя 7 и насоса 3 за счет подачи масла в полость 8 цилиндра 10 гидродвигателя 7 и слива масла из нижней полости 9.

Перемещение поршня 16 гидродвигателя 7 обуславливает рабочий ход связанного с ним поршня 5 вверх. При этом золотник 27 распределителя откачиваемой среды 28 перемещается под давлением нагнетаемой среды в крайнее верхнее положение, открывает нижний ряд отверстий в стенке распределителя 28 и добываемая жидкость, находящаяся над поршнем 5, проходит через распределительный клапан в перепускной магистрали 30, отверстия 33 в перегородке 31 и нагнетательный клапан 6 в колонну насосно-компрессорных труб 34. Одновременно открывается всасывающий клапан 25 дополнительного поршня 24 и добываемая жидкость заполняет дополнительный поршневой цилиндр 23 через отверстия 32 в перегородке 31.

При обратном движении дополнительного поршня 24 под давлением жидкости происходит перемещение золотника 27 в нижнее положение, перекрытие нижнего ряда отверстий в стенке распределителя 28 и открытие верхнего ряда отверстий в стенке распределителя 28 с вытеснением жидкости из-под поршня 24 в перепускную магистраль 30 через верхний ряд отверстий распределителя 28. Одновременно при движении поршня в нижнее его положение открывается всасывающий клапан 4 и откачиваемая жидкость через отверстия 37 заполняет поршневой цилиндр 13.

При достижении поршнем 16 своего нижнего положения происходит обратный ход путевого распределителя 36, обеспечивающего переключение распределителя 11 и описанный выше рабочий цикл повторяется.