ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД ШТАНГОВОГО СКВАЖИННОГО НАСОСА

Предлагаемая полезная модель предназначена для использования в насосном оборудовании для добычи жидкости из нефтяных скважин.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является гидравлический привод штангового насоса, содержащий гидравлический насос с приводом от электродвигателя, связанный трубопроводами с цилиндром привода штанги и с баком, (см. заявку на полезную модель №2014105790 приоритет 17.02.2014).
Недостатком его является самопроизвольное движение штанги при отключении питания электродвигателя, невозможность установки паузы между циклами работы привода.
Технической задачей предлагаемого устройства гидравлического привода является исключения самопроизвольного движения штанги при отключении питания электродвигателя, обеспечение возможности регулирования скорости движения вниз штанги и возможности установки паузы между циклами работы привода.
Для этого гидравлический привод штангового скважинного насоса, содержит гидравлический насос с приводом от электродвигателя, связанный трубопроводами с цилиндром привода штанги, шток которого соединен со скважинным насосом с помощью колонн штанг и с баком, содержащим рабочую жидкость, при этом гидравлический привод содержит управляемый направляющий клапан, установленный между насосом и баком с рабочей жидкостью, при этом один канал управления клапаном связан с трубопроводом, соединяющим насос с цилиндром, а второй канал управления клапана связан с трубопроводом, соединяющим насос с клапаном.
Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что гидравлический привод содержит управляемый направляющий клапан, установленный между насосом и баком с рабочей жидкостью, при этом
один канал управления клапаном связан с трубопроводом, соединяющим насос с цилиндром, а второй канал управления клапана связан с трубопроводом, соединяющим насос с клапаном.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, где приведена общая схема устройства.
Гидравлический привод штангового скважинного насоса, содержит гидравлический насос 1 с приводом от электродвигателя 2, связанный трубопроводом 3, с цилиндром 4 со штоком 5 внутри него и трубопроводом 6 через клапан 7 с баком 8, содержащим рабочую жидкость. Гидравлический привод содержит управляемый направляющий клапан 9 с золотником и пружиной, установленный между насосом 1 и баком 8 с рабочей жидкостью. Один канал (трубопровод) 10 управления направляющим клапаном 9 связан с трубопроводом 3, соединяющим насос 1 с цилиндром 4, а второй канал (трубопровод) 11 управления направляющего клапана 9 связан с трубопроводом 12, соединяющим насос 1 с направляющим клапаном 9.
Шток 5 цилиндра 4 одним концом связан с поршнем 13 в рабочей полости 14 цилиндра 4, а другим со скважинным насосом посредством колонны штанг 15.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом:
Ход вверх - реверсивный насос 1, вращаясь в прямом направлении с помощью электродвигателя 2, создает разряжение в трубопроводе 6, в результате чего, жидкость из емкости 8 открывает клапан 7 и поступает в насос 1 и далее под давлением по трубопроводу 3 попадает в поршневую полость 14 цилиндра 4 и воздействует на поршень 13. Поршень 13 перемещается вверх и тянет за собой шток 5 и, соединенную с ним, колону штанг 15. Клапан 9 при ходе штока 5 вверх находится в положении закрытия трубопровода 6 от емкости 8, за счет действия пружины клапана 9 и давления в управляющем канале 10 соединенным с трубопроводом 3. Скорость движения поршня 13 вверх зависит от скорости вращения вала электродвигателя 2.
При достижении верхнего положения поршня 13 вращение насоса 1 приостанавливается. Клапан 7 закрывается, давление в трубопроводах 3 и 6 выравнивается. Клапан 9 продолжает находиться в исходном положении (т.е. перекрывает поток жидкости от трубопровода 6 в емкость 8) под воздействием пружины клапана 9.
Ход вниз - реверсивный насос 1 начинает вращение в обратном направлении. При этом давление в трубопроводе 6 начинает увеличиваться (становиться выше давления в трубопроводе 3). При возникновении усилия на золотнике клапана 9 от перепада давления между управляющим каналом 11 от давления в трубопроводе 6 и давления в управляющем канале 11 от давления в трубопроводах 6 и 12 большем величины усилия пружины клапана 9, золотник клапана 9 перемещается и соединяет трубопровод 6 с емкостью 8. При этом происходит слив жидкости из трубопроводов 12, 6, 3 и из полости 14. При этом положение золотника и, соответственно, пропускная способность клапана 9 зависит от перепада давления между управляющими каналами 11 и 10, который зависит от скорости вращения вала насоса 1, то скорость спуска зависит от скорости вращения вала электродвигателя 2 в обратном направлении. При достижении нижнего положения штока 5 вращение электродвигателя 2 и связанного с ним насоса 1 в обратном направлении прекращается, давление в трубопроводах 3 и 6 сравнивается, клапан 9 закрывает слив жидкости из трубопровода 6 в емкость 8, ход штока 5 останавливается. В таком положении в зависимости от требуемого режима может быть осуществлена задержка движения штока 5 вверх. В дальнейшем цикл повторяется.
Таким образом, устройство позволяет исключить самопроизвольное движение штока 5 при отключении питания электродвигателя, делает возможным регулирование скорости движения вниз и установки паузы между циклами.
В условиях проведения опытных испытаний прототипа с установленным насосом НШ-50, приводимым в действие частотно регулируемым приводом (ЧРП), содержащим двигатель 5AMX160S4 и
преобразователь частоты (ПЧ) Toshiba G9, зафиксированы следующие параметры работы. При установленной частоте тока на выходе ПЧ 50 Гц подъем колоны штанг на высоту 2,5 м занимает 9,2 сек. Для обеспечения требуемого числа качаний (частоты качаний) 3 в минуту, дроссель настроен на спуск за 10,8 сек. Диапазон регулируемого значения частоты на выходе ПЧ 20-60 Гц, таким образом, число качаний посредством ПЧ без подстройки дросселя может изменяться в диапазоне от 1,8 до 3,2 в минуту. Таким образом, необходимое требуемое временное изменение числа качаний на 1 в минуту не обеспечивалось посредством ПЧ, при этом потребовалась перенастройка дросселя на спуск за 37 секунд, а при возврате к исходному значению числа качаний повторная перенастройка. В связи с тем, что перенастройка ПЧ может быть осуществлена удаленно посредством телеметрии, а для настройки дросселя необходимо проведение выезда на месторождение, то способ регулировки, приименный в прототипе, не является предпочтительным для удаленных и труднодоступных месторождений.
При преобразовании схемы прототипа до указанной в настоящем патенте были получены следующие параметры работы. Время подъема регулируется от 7,7 сек до 23 сек посредством изменения частоты на выходе ПЧ от 20 до 60 Гц. А время спуска регулируется от 5,1 до 46 сек при изменении частоты на выходе ПЧ от 10 до 90 Гц. Так же после доработки схемы стала доступна возможность регулирования числа качаний посредством задержки между циклами от 0 до 1 мин. Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет расширить диапазон регулировки числа качаний посредством настройки преобразователя частоты от 0,5 до 4,7 в минуту, что шире диапазона числа качаний прототипа на 300%.