насосная глубинная установка

Формула изобретения

1. Насосная глубинная установка, содержащая погружной гидроприводной насос с корпусом и приемной камерой, на входе которой установлен всасывающий клапан, а на выходе - нагнетательный клапан, сообщенный со стороны нагнетания с колонной труб, и гидропривод, отличающаяся тем, что в приемной камере, расположенной в нижней части корпуса гидроприводного насоса, установлена перегородка для разделения ее на насосную камеру с нагнетательным и всасывающим клапанами и управляющую камеру, гидропривод снабжен расположенным над приемной камерой гидроцилиндром, образованным установленным неподвижно относительно корпуса гидропривода вверх дном цилиндрическим стаканом, рабочая камера гидроцилиндра сообщена посредством перепускного канала с управляющей камерой, плунжер гидроцилиндра установлен с возможностью осевого перемещения посредством жесткой тяги, соединенной с колонной штанг, а наружная цилиндрическая боковая стенка плунжера уплотнена относительно охватывающей его внутренней цилиндрической стенки гидроцилиндра посредством кольцевого уплотнения, при этом между внутренним объемом части гидроцилиндра ниже плунжера и кольцевым объемом, образованным между наружной частью гидроцилиндра и внутренней частью корпуса гидропривода, а также между насосной камерой и управляющей камерой образованы полости, заполненные буферной жидкостью с образованием гидрозатвора, причем сообщенные между собой рабочая камера, управляющая камера и перепускной канал заполнены приводной жидкостью.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что плунжер выполнен с осевым отверстием, а перепускной канал выполнен в виде неподвижной трубки, пропущенной через осевое отверстие плунжера, а зазор между осевым отверстием и перепускным каналом уплотнен.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что перепускной канал выполнен в виде трубки, подключенной одним концом к гидроцилиндру в верхней его части, а другим концом к управляющей камере приемной камеры, при этом трубка пропущена снаружи корпуса гидропривода.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве буферной жидкости использована ртуть.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве буферной жидкости использована жидкость или гель, не смешивающиеся с приводной и откачиваемой жидкостями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится насосной технике, используемой при добыче нефти, в частности к погружным скважинным насосам для подъема высоковязкой пластовой жидкости из глубоких скважин с высоким содержанием солей, агрессивных сред и твердых частиц.

Известна насосная установка для перекачки жидкостей, содержащая емкости, каждая из которых снабжена всасывающим и нагнетательным клапанами, подключенные к всасывающему и нагнетательному трубопроводами, при этом нижняя часть каждой емкости заполнена приводной жидкостью, верхняя часть перекачиваемой жидкостью, а между ними находится слой буферной жидкости (см. авторское свидетельство SU № 1023148, кл. F04F 11/00, 15.06.1983).

Однако наличие двух емкостей, независимых друг от друга, а также насоса непрерывного действия с комплексом трубопроводов, клапанов, датчиков и гидроавтоматики усложняет конструкцию насоса, уменьшает его надежность и делает практически невозможным его применение для подъема жидкости из скважины из-за трудности управления клапанами на потоках приводной и откачиваемой жидкостей. Кроме того, буферная жидкость, состоящая из тех же компонентов, что и приводная и откачиваемая жидкости, быстро перемещается с одной из них и теряет свойства буферной жидкости.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является насосная глубинная установка, содержащая погружной гидроприводной насос с корпусом и приемной камерой, на входе которой установлен всасывающий клапан, а на выходе - нагнетательный клапан, сообщенный со стороны нагнетания с колонной труб, и привод (см. патент RU № 2283970, кл. F04B 47/04, 20.09.2006).

Однако наличие насоса двустороннего действия с комплексом трубопроводов, клапанов, датчиков и гидроавтоматики усложняет конструкцию установки, уменьшает ее надежность.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является упрощение конструкции насосной установки и расширение ее возможностей.

Технический результат заключается в повышении надежности работы насосной установки и увеличении ее срока службы.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что насосная глубинная установка содержит погружной гидроприводной насос с корпусом и приемной камерой, на входе которой установлен всасывающий клапан, а на выходе - нагнетательный клапан, сообщенный со стороны нагнетания с колонной труб, и гидропривод, причем в приемной камере, расположенной в нижней части корпуса гидроприводного насоса, установлена перегородка для разделения ее на насосную камеру с нагнетательным и всасывающим клапанами и управляющую камеру, гидропривод снабжен расположенным над приемной камерой гидроцилиндром, образованным установленным неподвижно относительно корпуса гидропривода вверх дном цилиндрическим стаканом, рабочая камера гидроцилиндра сообщена посредством перепускного канала с управляющей камерой, плунжер гидроцилиндра установлен с возможностью осевого перемещения посредством жесткой тяги, соединенной с колонной штанг, а наружная цилиндрическая боковая стенка плунжера уплотнена относительно охватывающей его внутренней цилиндрической стенки гидроцилиндра посредством кольцевого уплотнения, при этом между внутренним объемом части гидроцилиндра ниже плунжера и кольцевым объемом, образованным между наружной частью гидроцилиндра и внутренней частью корпуса гидропривода, а также между насосной камерой и управляющей камерой образованы полости, заполненные буферной жидкостью с образованием гидрозатвора, причем сообщенные между собой рабочая камера, управляющая камера и перепускной канал заполнены приводной жидкостью.

Плунжер может быть выполнен с осевым отверстием, а перепускной канал в виде неподвижной трубки, пропущенной через осевое отверстие плунжера, а зазор между осевым отверстием и перепускным каналом уплотнен.

Перепускной канал может быть выполнен в виде трубки, подключенной одним концом к гидроцилиндру в верхней его части, а другим концом к управляющей камере приемной камеры, при этом трубка пропущена снаружи корпуса гидропривода.

В качестве буферной жидкости может быть использована ртуть, а также жидкость или гель, не смешивающиеся с приводной и откачиваемой жидкостями, например минеральное масло.

Выполнение приемной камеры гидроприводного насоса в виде двух камер - насосной и управляющей, разделенных в нижней части гидрозатвором, заполненным буферной жидкостью, в частности ртутью, позволяет перекачивать сильно загрязненные жидкости с большим содержанием твердых частиц и агрессивные среды. Наличие в гидрозатворе несмешиваемой с откачиваемой и приводной жидкостями ртути с большим удельным весом исключает попадание откачиваемой жидкости и ее ингредиентов, включая металлические частицы, из насосной камеры в буферную жидкость, а следовательно, и в приводную жидкость, и наоборот. Установка позволяет работать с высоковязкими нефтями, что расширяет возможности использования парка станков-качалок. Установка может работать при меньшем поступлении откачиваемой жидкости, чем производительность гидроприводного насоса, вплоть до полного отсутствия откачиваемой жидкости и работы гидроприводного насоса «всухую» без его повреждений и перегрева. При потере буферной жидкости гидроприводной насос продолжит работу в режиме обычного плунжерного насоса. Вышеперечисленные преимущества предлагаемого насоса позволяют намного увеличить надежность и межремонтный период насоса, а также расширяет диапазон перекачиваемых жидкостей.

На фиг.1 схематически представлен продольный разрез установки с перепускным каналом, расположенным по оси плунжера.

На фиг.2 схематически представлен продольный разрез установки с перепускным каналом, расположенным снаружи корпуса гидропривода.

Насосная глубинная установка содержит погружной гидроприводной насос 1 с корпусом 2 и приемной камерой 3, на входе которой установлен всасывающий клапан 4, а на выходе - нагнетательный клапан 5, сообщенный со стороны нагнетания с колонной труб 6, и гидропривод 7. В приемной камере 3, расположенной в нижней части корпуса 2 гидроприводного насоса 1, установлена перегородка 8 для разделения ее на насосную камеру 9 и управляющую камеру 10. Всасывающий клапан 4 установлен на входе в насосную камеру 9 под нагнетательным клапаном 5, установленном на выходе из насосной камеры 9. Гидропривод 7 снабжен расположенным над приемной камерой 3 гидроцилиндром 11, выполненным в виде установленного неподвижно относительно корпуса 12 гидропривода 7 вверх дном цилиндрического стакана, рабочая камера 13 гидроцилиндра 11 сообщена посредством перепускного канала 14 с управляющей камерой 10. Плунжер 15 гидроцилиндра 11 установлен с возможностью осевого перемещения посредством жесткой тяги 16, соединенной с колонной штанг 17. Наружная цилиндрическая боковая стенка плунжера 15 уплотнена относительно охватывающей его внутренней цилиндрической стенки гидроцилиндра 11 посредством кольцевого уплотнения 18, при этом между внутренним объемом части гидроцилиндра 11 ниже плунжера 15 и кольцевым объемом, образованным между наружной частью гидроцилиндра 11 и внутренней частью корпуса 12 гидропривода 7, а также между насосной камерой 9 и управляющей камерой 10 образованы полости, заполненные буферной жидкостью 19 с образованием гидрозатвора, при этом сообщенные между собой рабочая камера 13, управляющая камера 10 и перепускной канал 14 заполнены приводной жидкостью 20.

Плунжер 15 может быть выполнен (см. фиг.1) с осевым отверстием 21, а перепускной канал 14 выполнен в виде неподвижной трубки, пропущенной через осевое отверстие 21 плунжера 15, а зазор между осевым отверстием 21 и перепускным каналом 14 уплотнен, либо (см. фиг.2) перепускной канал 14 может быть выполнен в виде трубки, подключенной одним концом к гидроцилиндру 11 в верхней его части, а другим концом к управляющей камере 10 приемной камеры 3, при этом трубка пропущена снаружи корпуса 12 гидропривода 7.

В качестве буферной жидкости 19 может быть использована ртуть, а также жидкость или гель, не смешивающиеся с приводной и откачиваемой жидкостями, например минеральное масло.

Насосная глубинная установка работает следующим образом.

В начале всасывания откачиваемой жидкости из скважины (не показана) в управляющей камере 10 находится максимальный объем приводной жидкости 20, неизменный объем буферной жидкости 19 и минимальный объем откачиваемой жидкости. По мере перемещения колонны штанг 17 вниз вместе с жесткой тягой 16 и плунжером 15 увеличивается объем рабочей камеры 13 гидроцилиндра 11, что ведет к уменьшению объема приводной жидкости 20 в управляющей камере 10 и начинается падение давления в насосной камере 9, что приводит к открытию всасывающего клапана 4, через который откачиваемая жидкость начинает поступать в насосную камеру 9 из скважины. При достижении заданного минимального объема приводной жидкости 20 в управляющей камере 10 приемной камеры 3 и заполнении откачиваемой жидкостью насосной камеры 9 начинается процесс нагнетания.

При нагнетании создаваемым движением колонны штанг вверх вместе с жесткой тягой 16 и плунжером 15 начинается выдавливание приводной жидкости 20 из рабочей камеры 13 через перепускной канал 14 в управляющую камеру 10, что приводит к увеличению давления в управляющей камере 10, и приводная жидкость 20 давит на буферную жидкость 19 в приемной камере 3, а буферная жидкость 19, в свою очередь, давит на откачиваемую жидкость в насосной камере 9, что приводит к закрытию всасывающего клапана 4 и открытию нагнетательного клапана 5. Как результат, откачиваемая жидкость из насосной камеры 9 через нагнетательный клапан 5 поступает в колонну труб 6 и далее по последней из скважины на поверхность к потребителю откачиваемой из скважины жидкости. При достижении заданного максимального объема приводной жидкости 20 в управляющей камере 10 процесс нагнетания заканчивается и начинается следующий цикл всасывания откачиваемой жидкости из скважины, аналогичный описанному выше.

Настоящее изобретение может быть использовано в нефтедобывающей и других отраслях промышленности при добыче различных жидких сред из скважин.