БУРОВОЙ ОППОЗИТНЫЙ НАСОС
DRILL BORING OPPOSED PUMP

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к насосам для нагнетания промывочной жидкости в скважину при геологоразведочном бурении.
Буровые насосы предназначены для нагнетания в скважину бурового раствора с целью очистки забоя и ствола от выбуренной породы и шлама и выноса ее на поверхность, поддержания породы в виде взвеси, охлаждения долота, приведения в действие забойных двигателей гидравлического типа.
Согласно виду используемых вытеснителей рабочей жидкости данные насосы представлены поршневыми агрегатами (вытеснитель выполнен в виде диска) и агрегатами плунжерного типа (оснащены внешним сальником). Буровые насосы содержат механическую и гидравлическую части. К преимуществам буровых насосов всех типов можно отнести способность работать с веществами высокого уровня вязкости и наличием примесей, а также создание равномерного потока вещества без пульсации и перемешивания взвеси. Последнее возможно благодаря невысокой скорости движения жидкости при высоком уровне создаваемого давления. Данные насосы помимо этого обладают высокой всасывающей мощностью и малым весом конструкции, что упрощает их транспортировку и установку на удаленных месторождениях. При высоком уровне надежности стоимость комплектующих буровых насосов невысока.
Известен буровой трехпоршневой насос одностороннего действия типа 8Т-650 (патент РФ на полезную модель №92698, дата приоритета 14.12.2009 г., МПК F04B 19/22), содержащий корпус, приводную и гидравлическую части, системы смазки, охлаждения поршневой группы и подогрева масла в картере насоса, предохранительную и контрольную аппаратуру, в котором приводная часть содержит приводной вал и кривошипно-шатунный механизм, а гидравлическая часть состоит из трех гидрокоробок с цилиндровыми втулками и расположенными в них поршнями, связанными штоками с приводной частью и образующими три камеры с всасывающим и нагнетательным клапанами в каждой из них, взаимосвязанными с всасывающим и напорным манифольдами, отличающийся тем, что приводной вал выполнен в виде вала-шестерни с унифицированными концами, передающего вращение на кривошипно-шатунный механизм посредством размещенной в приводной части шевронной передачи, всасывающий и нагнетательный клапаны расположены соосно в камере гидрокоробки, разделяя ее на области всасывания и нагнетания, при этом гидрокоробки соединены между собой всасывающим манифольдом, выполненным из сварных трубных элементов, и муфтами, образуя напорный манифольд внутри корпусов гидрокоробок, система смазки содержит шестеренчатый насос с автономным электроприводом, установленные вне картера насоса, и внутреннюю систему трубопроводов, а система охлаждения содержит электронасосный агрегат с автономным электроприводом, расположенные вне корпуса насоса.
Недостатком трехпоршневой насос одностороннего действия типа 8Т-650 является громоздкость конструкции, сложность изготовления деталей и узлов (например кривошипно-шатунный механизм), большие пульсации и вибрации при работе.
Известен аксиально-поршневой регулируемый насос (патент РФ на изобретение №2206788, дата приоритета 25.07.2001, МПК F04B 1/26, F04B 49/06), содержащий механизмы регулирования и нуль-установителя с выполненными за одно исполнительными цилиндрами, подключенными к гидроусилителю. Последний связан линией гидропитания с вспомогательным насосом. Электромеханический преобразователь для управления гидроусилителем подключен к электрической цепи управления. Гидравлический автомат разгрузки включает распределитель и управляющий электромагнит с возможностью переключения линий гидропитания гидроусилителя и нагнетания вспомогательного насоса и линий исполнительных цилиндров. Электромеханический преобразователь выполнен с возбуждением от внутреннего источника энергии. Управляющий электромагнит подключен к сети питания электрической цепи управления. В качестве внутреннего источника энергии могут быть использованы постоянные магниты. Электромеханический преобразователь выполнен в виде электромагнита с поворотным якорем.
Недостатком аксиально-поршневых регулируемых насосов является сложность и громоздкость конструкции, высокая стоимость, большие пульсации подачи и, как следствие, большие пульсации давления в гидросистеме.
Известен поршневой насос двойного действия (патент Германии на изобретение № DE 2626971, дата приоритета 16.06.1976, МПК F01L 23/00; F03C 1/00; F04B 9/113) Поршневой насос для повышения давления в гидравлической системе содержит поршень, приводимый в действие гидравлическим поршнем, который в свою очередь двигается в том или ином направлении подачей масла из системы через реверсивный клапан. Клапан приводится в действие одновременно с системой насоса. Насос может представлять собой двухпоршневой насос двойного действия, каждый поршень соединен с одной стороной гидравлического поршня. Напорная линия может содержать клапан управления потоком. Она также может содержать клапан управления давлением. Реверсивный клапан может представлять собой селективный клапан, затвор которого управляется зубцами на оси поршней (принят за прототип).
Недостатком является громоздкость конструкции и плохая надежность механического привода переключения потока, отсутствие механизма сглаживания пульсаций.
Технической задачей изобретения является упрощение конструкции при поддержании высокой производительности бурового насоса.
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание насоса высокой мощности при небольших габаритах.
Технический результат достигается тем, что буровой оппозитный насос горизонтального типа содержит два поршня, гидроцилиндр, линии всасывания и нагнетания, а также электромагнитный гидрораспределитель, две клапанные головки, состоящие из двух шаровых клапанов, один из которых соединен с линией нагнетания, а другой с линией всасывания, и соединенные с двух сторон с корпусом насоса, содержащим гидроцилиндр, имеющий возможность возвратно-поступательного движения и соединенный с двух сторон с гильзами, внутри которых расположены поршни, соединенные между собой посредством штока.
Изобретение иллюстрируется фиг. 1, где представлен буровой оппозитный насос в разрезе.
Согласно заявляемому изобретению поршневой буровой насос горизонтального типа включает следующие основные узлы: клапанные головки 1 и 2, гильзы насоса 3 и 4, поршни 5 и 6, гидроцилиндр 7, концевые выключатели 8, расположенные с двух сторон от гидроцилиндра 7, аккумулятор 9, гидрораспределитель электромагнитный 10 с катушками и розетками, линию всасывания 11 и линию нагнетания 12.
Насос состоит из двух основных частей - гидравлической и электрической. Гидравлическая часть служит для обеспечения необходимых параметров работы насоса, электрическая обеспечивает автоматизацию переключения гидравлической части.
В клапанных головках 1, 2 смонтированы нижний 13 и верхний 14 шаровые клапаны, которые содержат соответственно седло 15, шар 17, ограничитель 19 нижнего шарового клапана 13 и седло 16, шар 18, ограничитель 20 верхнего шарового клапана 14.
Верхние шаровые клапаны устанавливаются в клапанные головки 1, 2 путем демонтажа верхней части головки и вкручиванием в верхние посадочные отверстия, нижние шаровые клапаны вкручиваются в нижние посадочные отверстия. Клапанные головки присоединены к корпусу насоса с помощью болтов.
Клапанные головки 1 и 2 снабжены нижними всасывающими 21, и верхними напорными 22 отверстиями, соединенные линией всасывания 11 и линией нагнетания 12 соответственно.
Для контроля развиваемого давления насос может быть снабжен манометром. Для предохранения от механических повреждений манометр на гибком рукаве вынесен за пределы насоса и монтируется в удобном для наблюдения месте.
Два сальнико-поршневых узла крепятся с двух сторон к корпусу гидроцилиндра. Сальнико-поршневые узлы состоят из гильзы насоса 3, 4 и поршней 5, 6 соответственно, соединенных между собой штоком ГЦ 7. В качестве уплотнений для поршней 5, 6 могут быть использованы резиновые манжеты или полиуретановые уплотнения.
Описание работы устройства
Масло с гидрораспределителя 10 подается в гидроцилиндр 7 по рукаву 23, после чего гидроцилиндр 7 начинает возвратно-поступательное перемещение, обеспечивая движение поршней 5, 6 вдоль оси насоса в направлении клапанной головки 2; поршень 5 в гильзе 3 создает область разрежения, при этом в клапанной головке 1 шар 17 нижнего клапана 13 поднимается и происходит всасывание бурового раствора из всасывающей линии 11 через всасывающее отверстие 21 и заполнение объема клапанной головки 1 и гильзы 3, шар 18 верхнего клапана 14 прижимается к седлу 16; с противоположной стороны поршень 6 создает избыточное давление в гильзе 4, в результате чего в клапанной головке 2 шар 18 верхнего клапана 14 поднимается и происходит выталкивание бурового раствора через напорное отверстие 22 по линии нагнетания 12, при этом шар 17 нижнего клапана 13 прижимается к седлу 15.
Выбор нужной подачи осуществляется путем регулировки перемещения гидроцилиндра, при помощи регулятора расхода гидравлической жидкости у гидроцилиндра происходит изменение скорости его перемещения. По достижении поршнем 5 крайнего левого положения срабатывает концевой выключатель 8 и гидрораспределитель 10 переключается, после чего подача масла осуществляется в другой конец гидроцилиндра 7 по рукаву 24 и гидроцилиндр начинает возвратно-поступательное перемещение в обратном направлении в сторону клапанной головки 1; поршень 6 в гильзе 4 создает область разрежения, при этом в клапанной головке 2 шар 17 нижнего клапана 13 поднимается и происходит всасывание бурового раствора из всасывающей линии 11 через всасывающее отверстие 21 и заполнение объема клапанной головки 2 и гильзы 4, шар 18 верхнего клапана 14 прижимается к седлу 16; с противоположной стороны поршень 5 создает избыточное давление в гильзе 3, в результате чего в клапанной головке 2 шар 18 верхнего клапана 14 поднимается и происходит выталкивание бурового раствора через напорное отверстие 22 по линии нагнетания 12, при этом шар 17 нижнего клапана 13 прижимается к седлу 15.
По достижении поршнем 6 крайнего правого положения срабатывает концевой выключатель 8 и распределитель вновь переключается.
Преимуществами заявляемого технического решения являются
- Уменьшение габаритов насоса.
- Высокая мощность насоса при небольших габаритах за счет непрерывного процесса перекачивания жидкости, исключающего холостые ходы поршня.
- При необходимости замены изношенных деталей в сальнико-поршневом узле узел снимается целиком. Соединение обеспечивает оперативность монтажа и демонтажа сальнико-поршневого узла.
- Упрощение создания изделия без применения сложных токарно-слесарных операций.
- При оппозитном расположении поршней силы инерции, возникающие при работе насоса, значительно меньше, чем при одностороннем, что также повышает устойчивость.
- Силы инерции относительно вертикальной оси меньше, что повышает надежность, скорость и качество работы.
- Конструкция оппозитного насоса обладает высокой жесткостью, меньшими механическими потерями при работе.
- Благодаря простоте конструкции при необходимости увеличения мощности имеется возможность создания изделия с нужными параметрами без серьезной переработки модели.