ГИДРОПРИВОДНОЙ ПОГРУЖНОЙ НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ
HYDRAULIC BOREHOLE PUMP UNIT

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к насосным агрегатам, предназначенным для подъема жидкости из скважины при высоких давлениях нагнетания.
Известен погружной диафрагменный насос, содержащий электродвигатель с компенсатором, кинематически связанный с плунжером объемного насоса, установленным в заполненном маслом корпусе, который герметично изолирован от перекачиваемой жидкости эластичной рабочей диафрагмой. Насос включает в себя систему гидропривода плунжера, возвратно-поступательное перемещение которого осуществляется с помощью двухпозиционного гидрораспределителя, при этом золотник переключается благодаря взаимодействию сидящего на конце золотника ролика и вращающейся наклонной шайбы, установленной на валу редуктора роторного насоса (патент РФ №2382903, 2009 г.).
Недостатком известной конструкции является низкий КПД, характерный для диафрагменных насосов, невысокая надежность плунжерного рабочего органа и распределительного устройства.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является скважинный электрогидроприводной насосный агрегат, содержащий масляный насос с приводом от погружного электродвигателя с компенсатором, рабочий поршневой насос с поршневым цилиндром, всасывающим клапаном, размещенным в поршне, и нагнетательным клапаном и гидродвигатель для привода рабочего поршневого насоса, причем полости цилиндра гидродвигателя связаны через распределитель масла со входом и через предохранительный клапан - с выходом масляного насоса, и шток поршня гидродвигателя через протектор соединен с поршнем рабочего поршневого насоса, кроме того, агрегат снабжен масляным баком с компенсатором его объема, в одной из секций которого установлены фильтр и переливной клапан (патент РФ №2166668, 2001 г.).
Анализ описанных конструкций, как и некоторых других (см. патенты РФ №№2235907,2296884 и др.), показывает, что их общими недостатками являются сложность конструкции, малая производительность в совокупности с большими поперечными габаритами и небольшой длиной хода, несовершенство распределительных золотниковых устройств, низкая степень унификации.
Таким образом, задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, состоит в усовершенствовании конструкции, техническим результатом которого является улучшение рабочих характеристик и снижение стоимости насоса.
Указанный технический результат достигается в гидроприводном погружном насосном агрегате, содержащем силовой шестеренный насос с приводом от погружного электродвигателя с компенсатором, гидродвигатель с цилиндром и поршнем, рабочий насос, соединенный с поршнем гидродвигателя штоком, причем полости цилиндра гидродвигателя связаны через распределитель со входом и с помощью предохранительного клапана - с выходом силового шестеренного насоса, кроме того, агрегат снабжен масляным баком с компенсатором его объема, в одной из секций которого установлены переливной клапан с фильтром, при этом распределитель выполнен самореверсивным, на выходе силового шестеренного насоса после предохранительного клапана установлен отсечной кран высокого давления, причем силовой шестеренный насос выполнен секционным, а рабочий насос - серийно выпускаемый глубинный насос высокого давления, хвостовик которого герметизирован пакером.
Возможность осуществления изобретения, охарактеризованного приведенной выше совокупностью признаков, подтверждается описанием, выполненным в соответствии с настоящим изобретением. Описание сопровождается графическими материалами, на которых изображено следующее:
На Фиг. 1 - схема гидроприводного погружного насосного агрегата, продольное сечение.
Гидроприводной погружной насосный агрегат (Фиг. 1) включает погружной электродвигатель с компенсатором 1, силовой секционный (шестеренный) насос 2 и приводимый в действие гидродвигателем 3 рабочий насос 4. Поршневая 5 и штоковая 6 полости цилиндра 7 гидродвигателя 3 через нагнетательный трубопровод 8 и трубопроводы 9 и 10 соответственно связаны с помощью самореверсивного распределителя 11 с входам и выходом силового секционного насоса 2, при этом на нагнетательном трубопроводе 8 установлены предохранительный клапан 12 и отсечной кран высокого давления 13.
Для улучшения рабочих характеристик рабочего насоса 4, которые зависят от мощности гидропривода, и с учетом ограничений по габариту, связанных с размещением погружного насосного агрегата в скважине (в основном, внутренний диаметр обсадной колонны нефтяной скважины не превышает 124-130 мм), силовой насос 2 подбирается секционным (два и более насоса в секции). Это позволяет в несколько раз увеличить отбираемую гидродвигателем 3 гидравлическую мощность и соответственно использовать рабочий насос 4 с более высокой производительностью.
Масляный бак содержит два отсека 14 и 15. Отсек 14 имеет эластичную диафрагму 16, через переливной клапан 17 связанную с затрубным пространством, а в отсеке 12 установлен фильтр 18 (канал Т).
Самореверсивный распределитель 11 представляет собой клапан, в котором золотник - самовозвратный и не требует подачи управляющих сигналов. Переключение самореверсивного распределителя 11 происходит за счет изменения давления в каналах А и Б (в конечных положениях цилиндра 7) и не зависит от давления в нагнетательном трубопроводе 8 (канал Р). Применение такого типа распределителя позволяет упростить конструкцию гидропривода за счет отказа от распределителей с конструктивно сложным механическим или гидравлическим управлением, а также размещать его автономно в наиболее оптимальных местах.
Нагнетательный трубопровод 8 (канал Р) от секционного силового насоса 2 проходит к самореверсивному распределителю 11 внутри отсеков масляного бака 14 и 15, в том числе внутри эластичной диафрагмы 16. Трубопровод 9 (канал А) от самореверсивного распределителя 11 до гидродвигателя 3 располагается внутри кожуха 19 гидропривода и подсоединяется к поршневой полости 5 гидродвигателя 3, а трубопровод 10 (канал Б) выходит через отверстие в стакане 20, при этом небольшой его участок размещается вдоль наружной поверхности корпуса гидродвигателя 3 для подсоединения к штоковой полости 6. Преимущественно внутреннее расположение трубопроводов позволяет практически исключить возможность их повреждения в процессе спуска гидроприводного погружного насосного агрегата в скважину.
Гидродвигатель 3 с помощью перфорированного патрубка 21 соединяется с рабочим насосом 4, а штоки 22 и 23, соответственно, гидродвигателя 3 и рабочего насоса 4 соединяются с помощью муфты 24. В перфорированном патрубке 21 отверстия выполнены для выхода перекачиваемой жидкости в затрубное пространство, а на хвостовике 25 устанавливается пакер 26, например гидравлический, который герметизирует межтрубное пространство и направляет через хвостовик 25 поток перекачиваемой жидкости на вход рабочего насоса 4.
В качестве рабочего насоса можно использовать серийно выпускаемые глубинные насосы высокого давления, например, невставные типа НГВ. Это позволит, во-первых, значительно сократить затраты на выполнение дорогостоящих технологических операций при изготовлении цилиндро-поршневой пары рабочего насоса, во-вторых, повысить производительность гидроприводного погружного насосного агрегата за счет существенного увеличения длины хода (до 4-х метров) рабочего насоса, в-третьих, поднять уровень унификации изделия.
Гидроприводной погружной насосный агрегат спускается в обсадную колонну 27 скважины (см. Фиг. 1) на кабеле-тросе или на насосно-компрессорных трубах.
Во втором случае электроснабжение погружного электродвигателя осуществляется посредством кабеля, который крепится к колонне НКТ хомутами (на Фиг. 1 не показаны).
Гидроприводной погружной насосный агрегат работает следующим образом.
На дневной поверхности гидросистема агрегата заполняется под небольшим давлением чистым маслом через специальный клапан, при этом воздух выпускается из отверстий под пробки в переходниках (на Фиг. 1 не показаны).
Для каждой конкретной скважины производится настройка предохранительного клапана 12 гидросистемы. Для этого на трубопроводе 8 (канал Р) перекрывается отсечной кран высокого давления 13, запускается силовой секционный насос 2, создается давление в гидросистеме и предохранительный клапан 12 настраивается на установленное давление Рср, которое зависит от номинального давления нагнетания рабочего насоса в скважине. После настройки отсечной кран высокого давления 13 открывается (вся работа производится на специальном стенде при отключенном с помощью самореверсивного распределителя 11 гидродвигателе 7).
По окончании подготовительных работ гидроприводной погружной насосный агрегат спускается в скважину под уровень жидкости. При этом внутренняя полость рабочего насоса заполняется перекачиваемой жидкостью, последовательно, через хвостовик, всасывающий и нагнетательный клапаны, а затем - заполняет затрубное пространство через отверстия в перфорированном патрубке 21 до динамического уровня.
При включении гидроприводного погружного насосного агрегата (Фиг. 1) начинает работать силовой секционный насос 2, который через нагнетательный трубопровод 8 (канал Р), самореверсивный распределитель 11, трубопровод 9 (канал А) с отсечным краном высокого давления 13 подает масло под давлением в поршневую полость 5 цилиндра 7 гидродвигателя 3. Поршень перемещается, вытесняя масло из штоковой полости цилиндра 6 по трубопроводу 10 (канал Б), и через фильтр 18 попадает в масляный бак. При достижении конечного положения поршня происходит увеличение давления в канале А до Рср, предохранительный клапан 13 срабатывает, самореверсивный распределитель 11 переключает канал Р на канал Б и масло по трубопроводу 10 подается в штоковую полость 6 цилиндра 7 гидродвигателя 3, в результате чего осуществляется обратный ход поршня.
Разница между объемными расходами нагнетаемого в цилиндр и вытесняемого из него масла, обусловленная наличием штока в штоковой полости 6, компенсируется за счет изменения объема секции бака с эластичной диафрагмой 16. Такая конструкция бака обеспечивает также компенсацию изменения объема масла при повышении температуры жидкости.
Перемещения поршня гидродвигателя 3 обуславливает рабочий ход связанного с ним рабочего органа рабочего насоса 4. При этом нагнетание перекачиваемой жидкости происходит через перфорированный патрубок 21 по затрубному пространству.
В случае если имеются ограничения по нагнетанию перекачиваемой жидкости через затрубное пространство, подъем перекачиваемой жидкости производится через колонну НКТ - при условии установки над погружным электродвигателем приемного перфорированного патрубка и верхнего пакера (на Фиг. 1 не показаны).
Предлагаемое изделие включает объемный рабочий насос и потому имеет высокие кпд и давление нагнетания, может перекачивать как агрессивные, так и вязкие среды, конструктивно прост и имеет высокую степень унификации (секционный насос, распределитель, частично гидродвигатель гидропривода и рабочий насос серийно выпускаются); отсутствие штанговой подвески позволяет эксплуатировать его в наклонных и искривленных скважинах.