Результат интеллектуальной деятельности: ПОГРУЖНОЙ ОБЪЕМНЫЙ НАСОС

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации малодебитных скважин с осложненными характеристиками нефтяного пласта.

Уровень техники

Из уровня техники известен скважинный электрогидроприводной насосный агрегат, см. патент RU 2116512, опубл. 27.07.1998. Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат содержит кинематически связанные друг с другом погружной электродвигатель и приводной насос, а также рабочий насос со всасывающим и нагнетательным клапанами. Снабжен гидродвигателем, причем гидродвигатель и рабочий насос выполнены каждый в виде цилиндра и плунжера со штоком, штоки плунжеров соединены друг с другом, полости цилиндра гидродвигателя связаны через распределитель с входом и выходом приводного насоса, всасывающий клапан размещен в плунжере, а нагнетательный - в верхней части цилиндра рабочего насоса, цилиндр и плунжер рабочего насоса имеют отверстия для приема добываемой жидкости, при этом агрегат снабжен баком, имеющим компенсатор объема и соединенным с входом приводного насоса.

К недостаткам известной конструкции можно отнести то, что расположение клапанов в верхнем неподвижном ниппеле осложняет вынос механических примесей из верхней рабочей камеры, в результате происходит постепенное накопление твердых частиц, приводящих к преждевременному износу штока, его направляющих и системы уплотнений, а также к заклиниванию рабочего насоса.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является плунжерный погружной объемный насос. Известное устройство содержит погружной электродвигатель, приводной маслонасос, плунжерный рабочий насос с всасывающим и нагнетательным клапанами, масляный бак с фильтрами тонкой очистки масла, компенсатор объемного расширения масла и гидродвигатель, подпоршневые полости которого подключены через автоматический реверсивный клапан к всасывающей и нагнетательной линиям приводного маслонасоса, причем на последней установлен предохранительный клапан, а поршень гидродвигателя соединен с плунжером рабочего насоса, при этом электродвигатель снабжен протектором, через вал которого вал электродвигателя кинематически связан с валом приводного маслонасоса. (Патент РФ на полезную модель №123857, F04B 47/08, опубл. 10.01.2013).

К недостаткам известной конструкции можно отнести расположение клапанов в плунжере и в неподвижном ниппеле, что осложняет вынос механических примесей из верхней рабочей камеры, тем самым может произойти постепенное накопление твердых частиц, приводящих к преждевременному износу штока, его направляющих и системы уплотнений, а также к заклиниванию рабочего насоса.

Сущность изобретения

Задачей, решаемой заявленным изобретением, является повышение надежности оборудования.

Технический результат заявленного изобретения заключается в предотвращении скоплений механических примесей в рабочей полости насоса и тем самым в повышении надежности работы насоса.

Указанный технический результат достигается за счет того, что погружной объемный насос, содержащий кинематически связанные друг с другом погружной маслозаполненный электродвигатель, протектор, приводной насос, масляный бак с фильтрами тонкой очистки масла, компенсатор объемного расширения масла, гидрораспределитель, фильтр тонкой очистки, предохранительный клапан, фильтр, диафрагму, двухпоршневой рабочий насос с всасывающими и нагнетательными клапанами, жестко связанный через шток с поршневым гидродвигателем, компенсационный узел, дополнительно содержит центральный ниппель рабочего насоса, в котором выполнены всасывающие каналы, при этом в каждом всасывающем канале установлен всасывающий клапан, в нижнем и верхнем поршнях рабочего насоса выполнены нагнетательные каналы, при этом в каждом нагнетательном канале установлен нагнетательный клапан, а упомянутые всасывающие и нагнетательные каналы выполнены таким образом, чтобы всасываемая и перекачиваемая пластовая жидкость проходила через всасывающие и нагнетательные клапаны снизу вверх.

В частном случае реализации заявленного изобретения протектор электродвигателя и компенсатор объемного расширения масла выполнены в виде единого блока.

В частном случае реализации заявленного изобретения приводной насос выполнен шестеренчатым.

В частном случае реализации заявленного изобретения приводной насос выполнен аксиально-поршневым.

В частном случае реализации заявленного изобретения в компенсационный узел выполнен диафрагменным.

В частном случае реализации заявленного изобретения трущиеся поверхности и/или поверхности, имеющие контакт с перекачиваемой жидкостью, выполнены с предварительно химико-термической обработкой, повышающей их характеристики.

Краткое описание чертежей

Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного погружного объемного насоса с использованием чертежа (фиг.1), на котором показан погружной объемный насос, продольный разрез.

На фиг.1 цифрами обозначены следующие позиции:

1 - погружной маслозаполненный электродвигатель; 2 - протектор; 3 - вал; 4 - приводной насос; 5 - диафрагма; 6 - корпус приводного насоса; 7 - фильтр; 8 - фильтр тонкой очистки; 9 - предохранительный клапан; 10 - гидрораспределитель; 11 - канал; 12 - канал; 13 - поршень гидродвигателя; 14 - шток поршня гидродвигателя; 15 - нижний поршень рабочего насоса; 16 - верхний поршень рабочего насоса; 17 - шток; 18 - центральный ниппель рабочего насоса; 19 - нагнетательный клапан; 20 - нагнетательный клапан; 21 - всасывающий клапан; 22 - всасывающий клапан; 23 - нагнетательный канал; 24 - поршень; 25 - корпус; 26 - цилиндр компенсационного узла; 27 - канал; 28 - канал; 29 - канал; 30 - всасывающий канал; 31 - нагнетательный канал; 32 - верхний ниппель рабочего насоса; 33 - нижний ниппель рабочего насоса; 34 - ниппель гидродвигателя; 35 - ниппель компенсационного узла; 36 - ниппель приводного устройства; 37 - корпус гидродвигателя; 38 - корпус рабочего насоса; 39 - цилиндр гидродвигателя; 40 - канал; 41 - канал; 42 - плунжер рабочего насос; 43 - направляющий шток; 44 - компенсационный цилиндр; 45 - всасывающий канал; 46 - нагнетательный канал; 47 - надпоршневая область нижнего поршня рабочего насоса; 48 - подпоршневая область нижнего поршня рабочего насоса; 49 - подпоршневая область верхнего поршня рабочего насоса; 50 - надпоршневая область верхнего поршня рабочего насоса; 52 - канал поршня гидродвигателя; 53 - надпоршневая область поршня гидродвигателя; 54 - подпоршневая область поршня гидродвигателя; 55 - надпоршневая область поршня компенсационного узла; 56 - подпоршневая область поршня компенсационного узла.

Раскрытие изобретения

Погружной объемный насос крепится к колонне стандартных насосно-компрессорных труб (НКТ).

Погружной объемный насос состоит из последовательно установленных основных элементов:

погружного маслозаполненного электродвигателя, протектора, приводного устройства, гидродвигателя, рабочего насоса, компенсационного узла, при этом приводное устройство соединено с гидродвигателем посредством ниппеля приводного устройства, гидродвигатель соединен с рабочим насосом посредством нижнего ниппеля рабочего насоса, а рабочий насос соединен с компенсационным узлом посредством верхнего ниппеля рабочего насоса. В рабочем насосе дополнительно установлен центральный ниппель рабочего насоса.

Приводное устройство содержит установленные в корпусе (6) гидрораспределитель (10) с всасывающей и нагнетательной линиями, выполненный, например, в виде автоматического реверсивного клапана, фильтр тонкой очистки (8), предохранительный клапан (9), приводной насос (4), фильтр (7), вал (3) и диафрагму (5), ниппель (36) приводного устройства. Полость корпуса (6) приводного устройства заполнена гидравлическим маслом. Таким образом, корпус (6) приводного устройства образует масляный бак. На входе в приводной насос (4) установлен фильтр (7), а выход приводного насоса (4) через напорную линию соединен с входом гидрораспределителя (10), причем на указанной напорной линии между гидрораспределителем (10) и приводным насосом (4) установлен фильтр тонкой очистки (8) и предохранительный клапан (9). Всасывающая и нагнетательная линии гидрораспределителя подключены к каналам (40, 41), выполненным в ниппеле (36). Диафрагма (5) служит компенсатором объемного расширения масла.

Гидродвигатель состоит из корпуса (37), поршня гидродвигателя (13), направляющего штока (43), штока поршня (14) гидродвигателя, цилиндра (39) и ниппеля гидродвигателя (34). Причем в ниппеле (34) гидродвигателя выполнен канал (11). Направляющий шток (43) выполнен полым, внутренняя полость которого образует канал (12), а в поршне (13) гидродвигателя выполнены каналы, являющиеся продолжением канала (12). Цилиндр (39) установлен в корпусе (37) гидродвигателя между ниппелем (36) и ниппелем (34) с зазором от корпуса (37) гидродвигателя.

Рабочий насос состоит из корпуса (38), нижнего ниппеля рабочего насоса (33), штока (17), двух поршней рабочего насоса - нижнего (15) и верхнего (16), центрального ниппеля (18) рабочего насоса, верхнего ниппеля (32) рабочего насоса и компенсационного цилиндра (44).

Поршни рабочего насоса (15, 16) жестко соединены между собой полым штоком (17). В свою очередь верхний поршень (16) жестко соединен с плунжером рабочего насоса (42), при этом плунжер (42) рабочего насоса выполнен полым. Нижний поршень (15) рабочего насоса жестко соединен со штоком (14) поршня гидродвигателя.

Внутри штока (17) дополнительно установлен полый компенсационный цилиндр (44), внутренняя полость которого образует канал (28). Внутренняя полость штока (17) образует нагнетательный канал (23). Канал (28) соединяет подпоршневую зону рабочего поршня (15) и надпоршневую зону рабочего поршня (16) для обеспечения перетекания компенсационного масла из одной зоны в другую.

В нижнем поршне (15) рабочего насоса выполнен нагнетательный канал (31), в котором расположен нагнетательный клапан (19), а в верхнем поршне (16) рабочего насоса выполнен нагнетательный канал (46), в котором установлен нагнетательный клапан (20).

Между нижним поршнем (15) рабочего насоса и верхним поршнем (16) рабочего насоса установлен центральный ниппель (18), внутри которого проходит шток (17) рабочего насоса.

Причем в верхнем ниппеле (32) рабочего насоса выполнен канал (27), а в центральном ниппеле (18) рабочего насоса выполнены два всасывающих канала (45 и 30), при этом в каждом канале (45 и 30) установлены всасывающие клапаны (21, 22).

Каналы (30, 45) выполнены в ниппеле (18) таким образом, чтобы всасывающаяся пластовая жидкость проходила через всасывающие клапаны (21) и (22) снизу вверх. Выполнение всасывающих каналов (30, 45) позволяет расположить всасывающие клапаны (21, 22) так, что поток всасываемой пластовой жидкости проходит снизу вверх через эти клапаны, в результате чего не образуется отстойных зон для накопления и осаждения механических примесей внутри всасывающих клапанов, содержащихся во всасываемой пластовой жидкости.

В нижнем поршне (15) рабочего насоса выполнен нагнетательный канал (31), в котором расположен нагнетательный клапан (19), а в верхнем поршне (16) рабочего насоса выполнен нагнетательный канал (46), в котором установлен нагнетательный клапан (20).

Также в верхнем (16) и нижнем (15) поршнях рабочего насоса дополнительно выполнены соединительные каналы.

Каналы (31, 46) выполнены в поршнях рабочего насоса (15, 16) таким образом, чтобы перекачиваемая пластовая жидкость проходила через нагнетательные клапаны (19 и 20) снизу вверх. Выполнение нагнетательных каналов (31, 46) позволяет расположить нагнетательные клапаны (19, 20) так, что поток перекачиваемой жидкости проходит снизу вверх через эти клапаны, в результате чего не образуется отстойных зон для накопления и осаждения механических примесей внутри нагнетательных клапанов, содержащихся в перекачиваемой пластовой жидкости.

Компенсационный узел состоит из корпуса (25), ниппеля (35) компенсационного узла, поршня (24), цилиндра (26). Цилиндр (26) установлен в корпусе (25) компенсационного узла между ниппелем (35) и ниппелем (32) с зазором от корпуса. Поршень (24) расположен внутри корпуса (25) и может передвигаться по цилиндру (26). В ниппеле (32) выполнен сквозной вертикальный канал (27).

Компенсационный узел предназначен для предотвращения попадания пластовой жидкости в рабочую гидравлическую жидкость гидродвигателя.

Причем в ниппеле (35) компенсационного узла выполнен сквозной канал (29).

При этом указанные конструктивные элементы объединены в единую конструкцию с конструктивной и функциональной взаимосвязью погружного объемного насоса, а именно: вал электродвигателя (1) через муфту соединен с валом протектора (2), который в свою очередь соединен посредством вала (3) с валом приводного насоса (4), например шестеренчатого; приводное устройство соединено с гидродвигателем ниппелем (36) приводного устройства, гидродвигатель соединен с рабочим насосом нижним ниппелем (33) рабочего насоса и жестко связан через шток (14) с рабочим насосом, рабочий насос соединен с компенсационным узлом ниппелем (35) компенсационного узла.

Причем указанные конструктивные элементы погружного объемного насоса объединены функциональной взаимосвязью следующим образом.

Гидрораспределитель (10) установлен на напорной линии приводного насоса (4). Приводной насос (4) через автоматический реверсивный клапан (10) и каналы (40,41) соединен с гидродвигателем. Канал (40) соединен с полостью цилиндра (39) и далее по каналу (12) внутренней полости направляющего штока (43) с каналами (52) поршня гидродвигателя. Таким образом, приводной насос (4) через гидрораспределитель (10) гидравлически связан с надпоршневой областью (53) поршня (13) гидродвигателя. Канал (41) соединен через зазор, образованный корпусом (37) гидродвигателя и цилиндром (39), с каналом (11). Таким образом, приводной насос (4) через автоматический реверсивный клапан (10) гидравлически связан с подпоршневой областью (54) поршня (13) гидродвигателя.

Использование внутренней полости направляющего штока (43) гидродвигателя и зазора, образованного корпусом (37) гидродвигателя и цилиндром (39) гидродвигателя, позволило разместить два управляющих канала (11, 12) внутри самого насоса.

Поршень гидродвигателя (13) жестко связан с поршнем рабочего насоса (15) через шток (14) поршня гидродвигателя.

Рабочий насос состоит из корпуса (38), нижнего ниппеля рабочего насоса (33), штока (17), двух поршней рабочего насоса - нижнего (15) и верхнего (16), центрального ниппеля (18) рабочего насоса, верхнего ниппеля (32) рабочего насоса, компенсационного цилиндра (44) и фильтрующего модуля (51).

Поршни рабочего насоса (15, 16) жестко соединены между собой полым штоком (17). В свою очередь верхний поршень (16) жестко соединен с плунжером рабочего насоса (42), при этом плунжер (42) рабочего насоса выполнен полым. Нижний поршень (15) рабочего насоса жестко соединен со штоком (14) поршня гидродвигателя.

Шток (17) выполнен полым, а его внутренняя полость образует нагнетательный канал (23), связывающий надпоршневую область (47) нижнего поршня (15) рабочего насоса через нагнетательный канал (31) и подпоршневую область (49) верхнего поршня (16) рабочего насоса через нагнетательный канал (46) и через полый плунжер (42) с выходом погружного объемного насоса в колонну НКТ.

Внутри штока (17) установлен компенсационный цилиндр (44), внутренняя полость которого образует канал (28), связывающий подпоршневую область (48) нижнего поршня (15) рабочего насоса с надпоршневой областью (50) верхнего поршня (16) рабочего насоса через выполненные в верхнем (16) и нижнем (15) поршнях рабочего насоса соединительные каналы.

В нижнем поршне (15) рабочего насоса дополнительно выполнен нагнетательный канал (31), в котором расположен нагнетательный клапан (19), а в верхнем поршне (16) рабочего насоса выполнен нагнетательный канал (46), в котором установлен нагнетательный клапан (20).

Причем в верхнем ниппеле (32) рабочего насоса выполнен канал (27), а в центральном ниппеле (18) рабочего насоса выполнены два всасывающих канала (45 и 30), при этом в каждом канале (45 и 30) установлены всасывающие клапаны (21, 22).

Канал (45), выполненный в центральном ниппеле (18), связан с подпоршневой областью (49) верхнего поршня (16) рабочего насоса.

Канал (30), выполненный в центральном ниппеле (18), связан с подпоршневой областью (48) нижнего поршня (15) рабочего насоса.

Надпоршневая область (50) верхнего поршня (16) рабочего насоса связана с подпоршневой областью (55) поршня (24) компенсационного узла через канал (27) и канал (28).

Подпоршневая область (55) поршня (24) компенсационного узла заполнена гидравлическим маслом. Надпоршневая область (56) поршня (24) компенсационного узла через канал (29) связана с выходом погружного объемного насоса в колонну НКТ.

Подпоршневая область (55) поршня (24) компенсационного узла связана с надпоршневой областью (47) нижнего поршня рабочего насоса через канал (28) и канал (27).

Всасывающаяся пластовая жидкость, проходя через всасывающий клапан (21), по всасывающему каналу (30) поступает в подпоршневую область нижнего поршня (15) рабочего насоса и, проходя через всасывающий канал (45) и всасывающий клапан (22), поступает в подпоршневую область верхнего поршня (16) рабочего насоса.

Все трущиеся поверхности и/или поверхности, имеющие контакт с перекачиваемой жидкостью, подвергаются химико-термической обработке, повышающей их характеристики, например хромирование, борирование, азотирование и т.п.

В варианте исполнения заявленного погружного объемного насоса протектор электродвигателя и компенсатор объемного расширения масла выполнены в виде единого блока.

В варианте исполнения заявленного погружного объемного насоса гидрокомпенсатор выполнен виде диафрагмы.

В варианте исполнения заявленного погружного объемного насоса приводной насос выполнен шестеренчатым.

В варианте исполнения заявленного погружного объемного насоса приводной насос выполнен аксиально-поршневым.

В варианте исполнения заявленного погружного объемного насоса в компенсационном узле вместо поршня установлена диафрагма.

Погружной объемный насос крепится к колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) (не показано).

Погружной объемный насос работает следующим образом.

Перед погружением установки в скважину полости электродвигателя (1) с протектором (2) и система гидропривода заполняются очищенным маслом, соответствующим рабочему температурному режиму.

При погружении установки в нефтяной пласт добываемая жидкость втекает в полости рабочего насоса соответственно через всасывающие клапаны (21 и 22). Под действием гидростатического давления нагнетательные клапаны (19, 20) открываются и жидкость заполняет канал (23) и колонну НКТ до уровня пласта.

При включении электродвигателя (1) начинает работать приводной насос (4), который через автоматический реверсивный клапан (10) подает масло в одну из полостей гидродвигателя. Если масло по каналу (11) подается под поршень (13), нижний поршень (15) перемещается вверх, всасывает жидкость по каналу (31) и выталкивает добываемую жидкость через клапан (19) по каналу (23) в колонну НКТ. Верхний поршень (16) также перемещается вверх и заполняет добываемой жидкостью, проходящей через всасывающий клапан (22), полость рабочего насоса. Одновременно с этим идет слив масла по каналу (12) из полости над поршнем (13). При достижении поршнем (13) крайнего положения давление под ним возрастает и гидрораспределитель (10) переключает нагнетательную и сливную линии. Рабочий насос совершает обратный ход, выталкивая верхним поршнем (16) через клапан (20) добываемую жидкость в колонну НКТ. Нижний поршень (15), двигаясь вниз, заполняет полость рабочего насоса добываемой жидкостью, проходящей через всасывающий клапан (21) по каналу (30).

Полость под поршнем (24) гидрокомпенсатора в процессе работы всегда находится под давлением благодаря связи каналом (29) надпоршневой полости с выходом рабочего насоса. В результате давление в подпоршневой полости компенсатора передается по каналам (27 и 28) в надпоршневые полости рабочего насоса. Благодаря этому попадание перекачиваемой жидкости в масло исключается.

Приведенное техническое решение, а именно вертикальное расположение всасывающих и нагнетательных клапанов, позволит предотвратить скопление механических примесей в рабочей полости насоса и, тем самым, повысить надежность работы насоса.