Патент на изобретение №2305797

(54) НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ

(57) Реферат:

Устройство предназначено для использования в области насосостроения в электрогидроприводных насосных агрегатах в составе оборудования для откачки жидкостей из скважин. Насосный агрегат снабжен вторым плунжерным насосом. Каждый из плунжерных насосов установлен в своей выполненной в корпусе полости, имеющей возможность соединения с всасывающим и нагнетательным каналами для перекачиваемой жидкости. Выполнен в виде неподвижного плунжера и установленной на нем с возможностью перемещения плунжерной гильзы, имеющей на своей внутренней поверхности обниженный поясок, образующий с наружной поверхностью плунжера дросселирующий зазор. Блок управления выполнен в виде двух пилотных золотников и гидрораспределителя. Каждый пилотный золотник связан с электрогидроприводной насосной станцией напорным и сливным каналами для рабочей жидкости, а также каналом обратной связи с полостью плунжерной гильзы одного из плунжерных насосов. Полость каждой плунжерной гильзы имеет возможность соединения через гидрораспределитель с нагнетательным и сливным каналами. Каждый из пилотных золотников дополнительно связан с гидрораспределителем. Значительно продлен срок эксплуатации. 1 ил.

Изобретение относится к насосостроению, касается электрогидроприводных насосных агрегатов и может быть использовано в составе оборудования для откачки жидкостей из скважин.

Известен скважинный электроплунжерный насос, содержащий установленные в корпусе погружной электродвигатель, реверсивный передаточный механизм, плунжерный насос. В процессе работы насоса вращение электродвигателя преобразуется в возвратно – поступательное перемещение плунжера насоса реверсивным передаточным механизмом, состоящим из зубчатых передач, выполняющих вместе с эксцентрично закрепленным на них шипом и шатуном функцию спаренного кривошипного механизма, шатун которого связан с плунжером. Изменение объема полости реверсивного передаточного механизма при возвратно-поступательном перемещении плунжера насоса компенсируется компенсатором. Плунжер подпружинен упругим элементом, выполняющим функцию накопителя энергии при холостом ходе плунжера

(см. патент РФ №2177563, кл. F04B 47/06, 2000 г.).

В результате анализа конструкции известного насоса необходимо отметить, что она характеризуется невысокой производительностью, так как рабочим является только один ход плунжера (второй его ход является холостым). Используемый в конструкции насоса кривошипный механизм не позволяет обеспечить достаточно большой ход плунжера, что также не позволяет обеспечить работу насоса с высокой производительностью. Наличие большого количества механических элементов (реверсивный передаточный механизм, зубчатые передачи, кривошипный механизм), подверженных в процессе эксплуатации насоса износу и поломкам, снижает срок эксплуатации насоса.

Известен скважинный электрогидроприводной насосный агрегат, содержащий корпус, в котором установлен электроприводной аксиально-поршневой насос (АПН). Выше АПН в корпусе на гидропанели установлены предохранительный клапан и гидрораспределитель, подсоединенные через гидропанель к входу и выходу АПН. В верхней части корпуса размещен масляный бак, снабженный компенсатором объема, выполненным из эластичного материала. Через бак проходят трубопроводы, связывающие гидрораспределитель с гидродвигателем рабочего насоса. Бак соединен трубопроводом со сливом гидропанели. В верхней части корпуса имеются отверстия для приема добываемой жидкости для рабочего насоса, который смонтирован в насосно-компрессорной трубе (НКТ). В качестве рабочего насоса использован штанговый насос, содержащий цилиндр с всасывающими клапанами, плунжер с нагнетательными клапанами. Плунжерный шток рабочего насоса скреплен со штоком приводного гидродвигателя.

При включении электродвигателя вступает в работу АПН, который через гидрораспределитель подает масло в нижнюю полость приводного гидродвигателя, в результате чего его плунжер перемещается вверх, вытесняя масло из верхней части гидроцилиндра. Разница объемов подаваемого и вытесняемого масла компенсируется компенсатором бака. Перемещение плунжера гидродвигателя вверх обусловливает рабочий ход связанного с ним плунжера рабочего насоса, в результате чего добываемая жидкость из обсадной колонны через отверстия в корпусе поступает через всасывающие клапаны рабочего насоса и одновременно происходит подача добываемой жидкости по колонне НКТ. Когда плунжеры насосов достигают верхнего положения, переключается гидрораспределитель и осуществляется обратный ход указанных плунжеров за счет подачи масла в верхнюю полость гидроцилиндра приводного гидродвигателя и слив масла из нижней полости его гидроцилиндра. При перемещении плунжера рабочего насоса вниз происходит вытеснение добываемой жидкости из нижней полости цилиндра через нагнетательные клапаны в полость данного плунжера и в верхнюю полость данного цилиндра. При достижении данными плунжерами нижнего положения срабатывает гидрораспределитель и рабочий цикл повторяется

(см. патент РФ №2116512, кл. F04B 47/08, 1997 г.) – наиболее близкий аналог.

В результате анализа конструкции данного насосного агрегата необходимо отметить, что он, как и заявленный, содержит блок управления, выполненный в виде гидрораспределителя, а также рабочий плунжерный насос. Однако конструкция известного насосного агрегата довольно сложна. Наличие многочисленных рабочих узлов (приводной электродвигатель, приводной аксиально-поршневой насос, рабочий насос, приводной гидродвигатель, гидрораспределитель, компенсаторный бак, многочисленные гидрозащиты) и необходимость их строго согласованной работы при функционировании агрегата усложняют не только его конструкцию, но и управление работой агрегата, что в целом приводит к довольно частым поломкам агрегата и сокращению срока его эксплуатации. Кроме того, известный насосный агрегат характеризуется значительными размерами, обусловленными линейным расположением его узлов в корпусе и НКТ, что значительно усложняет монтаж агрегата и его обслуживание.

Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции насосного агрегата, обеспечивающего работу механизмов в оптимальных условиях, что позволяет продлить срок их эксплуатации, удобного при монтаже, а также имеющего незначительные габариты и обеспечивающего высокую производительность откачки жидкостей из скважин.

Поставленная задача решается тем, что в насосном агрегате, содержащем корпус с всасывающими и нагнетательными каналами для перекачивания рабочей жидкости, в которых установлены обратные клапаны, имеющими возможность соединения соответственно с затрубным пространством и полостью насосно-компрессорных труб, плунжерный насос для забора перекачиваемой жидкости из затрубного пространства и подачи ее в колонну насосно-компрессорных труб, электрогидроприводную насосную станцию, связанную нагнетательным и сливным каналами с блоком управления и предназначенную для перекачивания рабочей жидкости, новым является то, что насосный агрегат снабжен вторым плунжерным насосом, каждый из плунжерных насосов установлен в своей выполненной в корпусе полости, имеющей возможность соединения с всасывающим и нагнетательным каналами для перекачиваемой жидкости, и выполнен в виде неподвижного плунжера, имеющегося на корпусе, и установленной на нем с возможностью перемещения плунжерной гильзы, имеющей на своей внутренней поверхности обниженный поясок, образующий с наружной поверхностью плунжера дросселирующий зазор, блок управления выполнен в виде двух пилотных золотников и гидрораспределителя, каждый пилотный золотник связан с электрогидроприводной насосной станцией напорным и сливным каналами для рабочей жидкости, а также каналом обратной связи с полостью плунжерной гильзы одного из плунжерных насосов, причем полость каждой плунжерной гильзы имеет возможность соединения через гидрораспределитель с нагнетательным и сливным каналами для рабочей жидкости, а каждый из пилотных золотников дополнительно связан с гидрораспределителем.

Весьма существенным в конструкции насосного агрегата является то, что он содержит минимальное количество механических элементов, а переключение гидрораспределителя срабатывает от пилотного золотника, который переключается в положение, посылающее импульс управляемого давления на гидрораспределитель. Переключение происходит во временном интервале, и при этом обеспечивается плавная посадка всасывающих и нагнетательных клапанов на седло, за счет чего увеличивается срок их службы. Импульс на переключение возникает при достижении подвижным плунжером своего крайнего положения. При этом канал, подводящий жидкость в полость подвижного плунжера, перекрывается уплотняющим пояском, имеющим диаметральный зазор с неподвижным плунжером в пределах =10…40 мкм. Прямодействующий гидравлический привод плунжеров нефтяного насоса обеспечивает минимум перепада давления на уплотнительных элементах плунжерных пар, поскольку давление перекачиваемой жидкости снаружи и гидравлической жидкости внутри подвижного плунжера примерно равны. Это обеспечивает длительность эксплуатации уплотнительных элементов.

Конструкция не предусматривает наличия бака для рабочей жидкости, из которого поступает жидкость в гидравлический насос. Роль бака попеременно выполняет гидравлический объем внутри плунжера, работающего в режиме всасывания.

При проведении патентных исследований из уровня техники не выявлены решения, идентичные заявленному изобретению, а следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Сущность заявленного решения не следует явным образом из известных из уровня техники решений, а следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлен насосный агрегат, осевой разрез.

Насосный агрегат выполнен в виде корпуса 1, в котором имеются две полости 2 и 3, каналами 4 и 5 связанные с затрубным пространством, а каналами 6 и 7 – с полостью НКТ. В каналах 4 и 5 установлены всасывающие клапаны 8 и 9, а в каналах 6 и 7 – нагнетательные клапаны 10 и 11. Нормальное положение клапанов 8, 9, 10, 11 – «закрыто». Каналы 4, 5, 6, 7 предназначены для перекачиваемой жидкости.

В полостях 2 и 3 смонтированы плунжерные насосы, состоящие из имеющихся на корпусе неподвижных плунжеров 12, 13 и охватывающих их плунжерных гильз 14, 15, на которых установлены уплотнительные элементы 16, 17 для обеспечения герметичности гидросистемы рабочей жидкости. Плунжерные гильзы установлены на плунжерах с возможностью перемещения.

Между полостями 2, 3 в корпусе 1 смонтирован блок управления 18, в который входит гидрораспределитель 19 и два пилотных золотника 20 и 21.

Каждый пилотный золотник посредством нагнетательного 22 и сливного 23 каналов связан с насосной станцией 24 перекачивания рабочей жидкости (масла), приводимой от электродвигателя 25, то есть насосная станция 24 является электрогидроприводной.

Рабочая полость (полость, образованная плунжером и плунжерной гильзой) каждого плунжерного насоса через гидрораспределитель 19 имеет возможность связи каналами 26 и 27 с нагнетательным 22 или сливным 23 (в зависимости от положения гидрораспределителя 19) каналом. Рабочая полость каждого плунжерного насоса каналами обратной связи 28 и 29 соединена с одним из пилотных золотников (20 и 21). Каждый из пилотных золотников каналом (позицией не обозначен) связан с гидрораспределителем 19. В каналах 26 и 27 установлены обратные клапаны 30 и 31. Плунжерная гильза 14 имеет на своей внутренней поверхности обниженный поясок 32, а плунжерная гильза 15 – обниженный поясок 33. Обниженные пояски образуют с наружной поверхностью плунжеров диаметральный дросселирующий зазор (6), величина которого составляет 10-40 микрон. Для работы насосный агрегат монтируют на колонне НКТ 34.

Выполнение элементов и узлов насосного агрегата, не раскрытое в настоящей заявке, является известным и не составляет предмета патентной защиты.

Корпус может быть выполнен сборным или с окнами для обеспечения монтажа в нем механизмов агрегата.

Насосный агрегат работает следующим образом.

Для осуществления рабочего цикла включают электродвигатель 25. Рабочая жидкость по нагнетательной магистрали 22 поступает в блок управления 18. В зависимости от положения гидрораспределителя 19 рабочая жидкость поступает по каналу 26 в полость плунжерной гильзы 14 или по каналу 27 в полость плунжерной гильзы 15.

Пусть гидрораспределитель 19 находится в положении, при котором жидкость из нагнетательного канала 22 поступает в канал 26, увеличивая объем жидкости внутри плунжерной гильзы 14. При этом увеличивается давление в полости 2 и открывается нагнетательный клапан 11. Поток перекачиваемой жидкости, который без учета объемных потерь равен потоку гидравлической жидкости, закачиваемой насосной станцией 24 в нагнетательный канал 22, из полости 2 (на нагнетание работает плунжерная гильза 14) поступает в НКТ 34.

В это же время полость плунжерной гильзы 15 соединена со сливным каналом 23, который одновременно является всасывающей магистралью для насосной станции 24. В результате эффекта всасывания в полости внутри плунжерной гильзы 15 начинается разрежение и падение давления и плунжерная гильза приходит в движение в сторону уменьшения своего внутреннего объема, а следовательно, создает разрежение в полости 3. Всасывающий клапан 9 открывается, и начинается процесс всасывания перекачиваемой жидкости из скважины (затрубного пространства). Процессы всасывания перекачиваемой жидкости из скважины в полость 3 и нагнетания из полости 2 в НКТ происходят одновременно.

В конце хода плунжерной гильзы 14 насоса, работающего в нагнетательном режиме, ее уплотнительный поясок 32 перекрывает канал 26, и нагнетаемая через этот канал рабочая жидкость дросселируется через зазор между уплотняющим пояском 32 плунжерной гильзы 14 и поверхностью неподвижного плунжера 12, и на торцах пилотного золотника 21 возникает перепад давления, преодолевающий усилие пружины золотника и смещающий его в положение, показанное на чертежах, в результате чего под левый торец гидрораспределителя 19 подается давление нагнетания из канала 22 и гидрораспределитель под действием возникшего перепада давлений переводится в положение, показанное на чертежах, в результате чего канал 26 соединяется с каналом 23, а канал 27 – с каналом 22. в результате рабочая жидкость поступает из нагнетательного канала 22 в полость плунжерной гильзы 15, которая начинает ход нагнетания. Одновременно плунжерная гильза 14 начинает втягиваться (ход всасывания). При этом срабатывает обратный клапан 30, открывающий выход рабочей жидкости из полости плунжерной гильзы 14 в канал 26. При выдвижении плунжерной гильзы 15 в крайнее положение процесс повторится и режимы работ насосов вновь поменяются, благодаря чему обеспечивается непрерывность процессов всасывания и нагнетания перекачиваемой жидкости в НКТ.

Формула изобретения

Насосный агрегат, содержащий корпус с всасывающими и нагнетательными каналами для перекачивания рабочей жидкости, в которых установлены обратные клапаны, имеющими возможность соединения соответственно с затрубным пространством и полостью насосно-компрессорных труб, плунжерный насос для забора перекачиваемой жидкости из затрубного пространства и подачи ее в колонну насосно-компрессорных труб, электрогидроприводную насосную станцию, связанную нагнетательным и сливным каналами с блоком управления и предназначенную для перекачивания рабочей жидкости, отличающийся тем, что насосный агрегат снабжен вторым плунжерным насосом, каждый из плунжерных насосов установлен в своей выполненной в корпусе полости, имеющей возможность соединения с всасывающим и нагнетательным каналами для перекачиваемой жидкости, и выполнен в виде неподвижного плунжера, имеющегося на корпусе, и установленной на нем с возможностью перемещения плунжерной гильзы, имеющей на своей внутренней поверхности обниженный поясок, образующий с наружной поверхностью плунжера дросселирующий зазор, блок управления выполнен в виде двух пилотных золотников и гидрораспределителя, каждый пилотный золотник связан с электрогидроприводной насосной станцией напорным и сливным каналами, а также каналом обратной связи с полостью плунжерной гильзы одного из плунжерных насосов, причем полость каждой плунжерной гильзы имеет возможность соединения через гидрораспределитель с нагнетательным и сливным каналами для рабочей жидкости, а каждый из пилотных золотников дополнительно связан с гидрораспределителем.

РИСУНКИ