Гидромеханический погружной редуктор
HYDROMECHANIC SUBMERSIBLE REDUCTION GEAR

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения и может быть использовано в погружных маслонаполненных редукторах, предназначенных для привода плунжерных насосов в составе погружной насосной установки для откачки пластовой жидкости из нефтедобывающих скважин.
Известен гидромеханический погружной редуктор, содержащий механическую винтовую передачу в виде винта с гайкой, гидромотор, промежуточный вал с торцевым уплотнением и эластичной кулачковой муфтой, масляный насос, гидравлический блок, состоящий из самореверсивного гидравлического распределителя и диафрагменной камеры (эластомерной оболочки). Гидромотор с гидравлическим блоком выполнены с возможностью регулирования направления вращения вала, при этом винт свободно перемещается внутри полого поршня. (Патент РФ №184849, опубл. 2018).
Недостатком известного погружного редуктора является то, что в условиях высоких температур окружающей среды в его маслосистеме возможен перегрев масла, что значительно снижает его эксплуатационную надежность. С повышением температуры рабочей жидкости повышается износ подшипниковых и уплотнительных узлов конструкции. Также перегрев приводит к снижению КПД гидравлического блока редуктора.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение эксплуатационной надежности гидромеханического погружного редуктора в условиях повышенных температур окружающей среды, за счет организации теплообмена масла и пластовой жидкости, перекачиваемой плунжерным насосом.
Технический результат достигается тем, что гидромеханический погружной редуктор, содержащий винтовую передачу, гидромотор, самореверсивный гидравлический распределитель, выполненный с возможностью регулирования направления вращения винта винтовой передачи, и диафрагменную камеру, снабжен теплообменником, размещенным между гидравлическим распределителем и диафрагменной камерой и состоящим из двух секций радиально расположенных каналов для охлаждаемого масла, соединенных через приемный и нагнетательный клапаны между собой и, соответственно, с гидравлическим распределителем и диафрагменной камерой, при этом каналы для охлаждаемого масла могут быть выполнены пластинчатыми или трубчатыми.
В предлагаемом теплообменнике в качестве охлаждающей среды используется перекачиваемый плунжерным насосом пластовая жидкость, а в качестве промежуточного теплоносителя - гидравлическое масло.
Оснащение погружного редуктора теплообменником, представляющего собой соединенные друг с другом клапанами две секции радиально расположенных каналов для охлаждаемого масла, позволяет простым и надежным способом, за счет теплоотдачи в пластовую жидкость, обеспечить охлаждение масла в маслосистеме погружного редуктора для привода плунжерных насосов, устранив тем самым проблемы перегрева погружного редуктора в условиях повышенных температур окружающей среды и повысив эксплуатационную надежность погружного редуктора.
Такое исполнение обеспечивает герметичность теплообменных секций, предотвращает смешивание между собой горячего и охлажденного масла, повышает эффективность теплообмена за охлаждения масла последовательно сначала в одной, а затем во второй секции, а также обеспечивает безопасную эксплуатацию и надежность за счет предотвращения прямого (возможного) контакта масла с пластовой жидкостью.
Изобретение поясняется графически, где на чертеже изображена схема гидромеханического погружного редуктора.
Гидромеханический погружной редуктор содержит маслонаполненный корпус 1, размещенную в корпусе винтовую передачу 2, выполненную типа «винт-гайка», полый шток 3, охватывающий винт винтовой передачи 2 и входящий с ним в подвижное зацепление, гидромотор 4 объемного типа, соединенный через распределительный блок 5 и предохранительный клапан 6 с насосом объемного типа 7, теплообменные секции 8 и 9 пластинчатых или трубных каналов для охлаждаемой среды - масла, соединенных между собой через приемный клапан 10 и нагнетательный клапан 11 промежуточным контуром, представляющий собой диафрагменную камеру 12 и, по меньшей мере, два встречно расположенных торцевых уплотнения 13.
Насос 7 соединяется валом 14 с электродвигателем погружной насосной установки (на чертеже не показано).
Работа редуктора осуществляется следующим образом. При включении электродвигателя погружной насосной установки насос 7 начинает преобразовывать механическую энергию в гидравлическую, всасывая заполняющее редуктор гидравлическое масло, прокачивая его через распределительный блок 5, гидромотор 4 и предохранительный клапан 6 (при перегрузке). Распределительный блок 5 обеспечивает периодическое разнонаправленное вращение гидромотора 4, преобразующего энергию потока гидравлического масла в механическую энергию вращения. Винт винтовой передачи 2, вращаясь, приводит в движение гайку этой же передачи. В связи с разнонаправленным характером вращения винта, гайка совершает периодические возвратно-поступательные движения и, поскольку она жестко связана с полым штоком 3, который в свою очередь присоединен к плунжеру скважинного насоса погружной насосной установки (на чертеже не показан), шток 3 перемещает плунжер скважинного насоса.
Перемещение плунжера скважинного насоса вызывает циклическое изменение объема масла в редукторе. При избыточном давлении в редукторе разогретое масло через приемный клапан 10 поступает на охлаждение в каналы теплообменной секции 8, по которым с одной стороны протекает охлаждаемое масло, а с другой стороны охлаждающая среда - пластовая жидкость, поступающая из пласта на прием плунжерного насоса. Охлажденное масло поступает в диафрагменную камеру 12, которая может быть выполнена из эластомера или другого материала позволяющего значительно изменять свой объем, а нагретая охлаждающая среда поступает на прием плунжерного насоса и поднимается на поверхность. При создании отрицательного давления в редукторе, предварительно остывшее в теплообменной секции 8 масло через нагнетательный клапан 11 подается в каналы теплообменной секции 9, которые омываются охлаждающей средой, отдавая тепло в окружающую теплообменник пластовую жидкость. Таким образом, в маслонаполненном погружном теплообменнике в качестве промежуточного теплоносителя используют масло погружного редуктора, а в качестве охлаждающей среды - перекачиваемую плунжерным насосом пластовую жидкость. Торцевые уплотнения 13 препятствующие смешиванию холодного и горячего масла, а также проникновению в масляный контур пластовой жидкости.
Использование двух изолированных друг от друга уплотнениями 13 теплообменных секций 8 и 9 повышает эффективность теплообмена и уменьшает потери давления теплоносителя в теплообменнике, а также повышает пропускную способность масляного теплообменника.
Предлагаемое изобретение позволяет повысить эксплуатационную надежность погружного редуктора для плунжерного насоса и устранить проблемы его перегрева в условиях повышенных температур окружающей среды.
Обеспечение охлаждения рабочей жидкости дает возможность использования погружной насосной установки на большей глубине скважины, что обеспечивает эффективность использования данных насосных установок в скважинах с низким пластовым давлением и ограниченным геологическими условиями притоком.